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Das Projekt
Projektbeschreibung

Projektbeschreibung

Einmaliges Forschungsprojekt
Unterirdische Umwandlung und Speicherung von Wind- und Sonnenenergie

Bereits seit Jahren beschäftigen wir uns mit der Dekarbonisierung und Transformation der Energiesysteme. Mit zunehmendem Ausbau der Energiegewinnung aus erneuerbaren Quellen steigt zugleich auch der Bedarf an großvolumigen und saisonalen Speichern mit denen die jahreszeitlichen Schwankungen von Energieernte (Sommersonne) und Energiebedarf (Winter) ausgeglichen und das gewohnte Maß an Versorgungssicherheit bereitgestellt werden kann. Dabei handelt es sich um eine Dienstleistung, die weder durch Pumpspeicher noch durch Batterien erbracht werden kann. Gasspeicher können die Lösung bieten.

RAG Austria AG ist das größte Energiespeicherunternehmen Österreichs und gehört zu den führenden technischen Gasspeicherbetreibern Europas.

Die RAG Austria AG unternimmt daher bereits seit Jahren erhebliche Anstrengungen im Bereich Forschung und Entwicklung, um Speicherlösungen zur bedarfsgerechten Strukturierung des Angebots an erneuerbarer Energie zu entwickeln. Wir sehen uns als Partner der erneuerbaren Energien.
Ein bereits vielfach diskutierter Lösungsansatz für das Speicherproblem ist die Power-to-Gas- Technologie. Mithilfe der überschüssigen Elektrizität aus Sonnen- und Windenergie wird Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff gespalten. Somit werden nicht speicherbare Elektronen in speicherbare Moleküle umgewandelt. Wasserstoff wird so zum Energieträger. Im weltweit einzigartigen Leitprojekt „Underground Sun Storage“ haben wir federführend mit Partnern die Speicherung von Wasserstoff in ehemaligen Erdgaslagerstätten im Rahmen eines in-situ Feldversuchs getestet. Im Rahmen dieses Projektes konnten wir viele positive Erkenntnisse gewinnen, die uns motiviert haben, weiterzumachen. Eine zentrale Erkenntnis führte zum aktuellen Projekt „Underground Sun Conversion“, das in dieser Broschüre näher vorgestellt werden soll.

Wasserstoff und Kohlendioxid können in geeigneten Erdgaslagerstätten durch einen mikrobiologischen Prozess in Methan = erneuerbares Erdgas umgewandelt werden. Energieumwandlung, Erhöhung der Energiedichte und Energiespeicherung erfolgen unsichtbar im porösen Gestein in mehr als 1.000 Meter Tiefe. Das Underground Sun Conversion Projekt wird unter Federführung der RAG Austria AG durch ein österreichisches Konsortium abgewickelt und im Rahmen des Energieforschungsprogramms des österreichischen Klima- und Energiefonds als Leitprojekt gefördert. Das Forschungsprojekt soll bis 2021 abgeschlossen werden.

„Der Energieträger Gas lässt sich in großen Mengen sicher und unsichtbar in bereits vorhandener unterirdischer Infrastruktur transportieren und in ebenso vorhandenen natürlichen Gaslagerstätten umweltfreundlich speichern. Österreich kann aufgrund seiner guten geologischen Voraussetzungen für Speicher einen wesentlichen Beitrag zur Versorgungssicherheit Europas leisten.“

Projektbeschreibung

Aus Sonnen- oder Windenergie und Wasser (Power-to- Gas-Technologie) wird zunächst in einer oberirdischen Anlage Wasserstoff erzeugt. Gemeinsam mit CO2 wird dieser Wasserstoff in eine vorhandene (Poren-)Erdgaslagerstätte eingebracht. In über 1.000 Meter Tiefe wandeln nun natürlich vorhandene Mikroorganismen diese Stoffe in relativ kurzer Zeit in erneuerbares Erdgas um, welches anschließend direkt in dieser Erdgaslagerstätte gespeichert, bei Bedarf jederzeit entnommen und über die vorhandenen Leitungsnetze zum Verbraucher transportiert werden kann.

Das Ziel des Forschungsprojekts ist es, vorhandene (Poren-)Erdgaslagerstätten als natürliche geologische „Reaktoren“ zu nutzen. So finden sowohl der Methanisierungsprozess als auch die Speicherung auf natürlichem Weg in unterirdischen Porenlagerstätten statt. Darin liegt das große Potenzial, indem die bislang fehlende aber dringend benötige Flexibilität im Umgang mit erneuerbaren Energien geschaffen wird. Umfangreiche Laborversuche teilweise bereits aus dem Vorläuferprojekt Underground Sun Storage, das ebenfalls vom Klima- und Energiefonds gefördert wurde, zeigen, dass in die Lagerstätte eingebrachter Wasserstoff und CO2 mikrobiologisch in Methan umgewandelt werden. Damit kann es gelingen einen nachhaltigen Kohlenstoff-Kreislauf zu etablieren.

Gemeinsam mit einem Konsortium werden Laborversuche, Simulationen und wissenschaftliche Feldversuche an einer existierenden Lagerstätte der RAG durchgeführt. Ziel ist es auch, die Übertragbarkeit der gewonnenen Ergebnisse auf viele andere Lagerstätten weltweit zu prüfen. Die angestrebten Ergebnisse sind daher von herausragender Bedeutung für eine gelingende Energiewende.

Erdgeschichte im Zeitraffer

Erdgas natürlich und erneuerbar „erzeugen“
Mit dieser weltweit einzigartigen und innovativen Methode wird der natürliche Entstehungsprozess von Erdgas nachgebildet, aber gleichzeitig um Millionen von Jahren verkürzt – Erdgeschichte im Zeitraffer. Der Zeitvorteil ist primär auf zwei Faktoren zurückzuführen. Zum einen muss bei der natürlichen Entstehung zuerst organische Substanz aufgebaut werden (im Prinzip auch Sonnenenergie gespeichert werden). Diese organischen Substanzen sterben ab, werden zerlegt und zu (Methan) Erdgas umgebaut. Dieser Prozess wird bei der Underground Sun Conversion Technologie abgekürzt, indem wir direkt mit den Ausgangsstoffen des letzten Umwandlungsschrittes in den Prozess gehen.

Zum zweiten benötigt die Nutzung von fossilem Erdgas einen Sedimentationsprozess, der poröse Speicherstrukturen mit einer entsprechenden tonigen Abdeckschicht hervorbringt. Dieser Prozess dauert sehr lange und erst dann kann Gas in den geologischen Strukturen eingelagert werden. Viel Methan wurde auch damals sofort wieder dem Kohlenstoffkreislauf zugeführt so wie das heute noch in Sumpfgebieten der Fall ist. Durch die Nutzung bereits vorhandener geeigneter Lagerstätten muss kein Sedimentationsprozess abgewartet werden und wird auch das Risiko des Entstehens geeigneter Schichtabfolgen eliminiert.
In Summe können also durch die Nutzung bereits vorhandener geologischer Strukturen geologische Zeiträume übersprungen werden – daher „Erdgeschichte im Zeitraffer“.

Diese umweltfreundliche Vorgangsweise hat drei wesentliche Vorteile:

CO2-neutral
Erneuerbares Erdgas ist deshalb bei seiner Verwendung CO2-neutral, weil zuvor die gleiche Menge CO2 im Entstehungsprozess gebunden wird. Es entsteht ein nachhaltiger Kohlenstoff-Kreislauf.
Erneuerbare Energien werden saisonal speicherbar
Die Stromgewinnung aus Sonnenenergie und Wind unterliegt wetterbedingten und jahreszeitlichen Schwankungen. Eine bedarfsorientierte Produktion ist daher nicht möglich. Das Problem der großvolumigen Speicherbarbeit von erneuerbaren Energien wird durch die Umwandlung in natürliches erneuerbares Erdgas gelöst.
Vorhandene Infrastruktur wird genutzt
Sowohl für den natürlichen Produktionsprozess als auch für die unterirdische Speicherung in natürlichen Erdgaslagerstätten und den umweltfreundlichen Transport zum Endverbraucher kann bereits vorhandene Infrastruktur genutzt werden.