Das Speichern überschüssiger Energie aus erneuerbaren Quellen ist eine der großen Fragen auf dem Weg zur viel zitierten Energiewende. Die Idee, Strom zur Erzeugung von Wasserstoff zu nutzen und diesen dann in natürlichen Erdgaslagerstätten von Mikroben in Erdgas (Methan) umwandeln zu lassen, ist besonders verlockend. Dass das funktioniert, zeigten Wiener Forscher nun in einem früheren Gasreservoir in 1.200 Metern Tiefe in Oberösterreich und im Fachblatt "Nature Energy".

Hat man zum Beispiel im Sommer mehr Strom durch Solar- oder Windkraft zur Verfügung als gerade verbraucht wird, braucht es Möglichkeiten zum Einlagern des Überschusses. Der klassische Weg ist, die Energie zu nutzen, um Wasser in hoch gelegene Speicher zu pumpen und es dann zur Stromerzeugung ins Tal rauschen zu lassen, wenn die Energie gebraucht wird. Auch das Parken nicht verwerteten Stroms in Batterien ist ein Ansatz. Um die anfallenden Energiemengen auch tatsächlich stemmen zu können, braucht es aber noch weitere Lösungen, betonte der Mitautor der Publikation, Andreas Loibner vom Institut für Umweltbiotechnologie der Universität für Bodenkultur (Boku) Wien, gegenüber der APA.

Geschlossener Kohlenstoffkreislauf

So verfolgt man seit einigen Jahren in Zusammenarbeit mit dem Gasspeicher-Betreiber RAG Austria AG einige groß angelegte Projekte zur Speicherung erneuerbarer Energie in Form von Wasserstoff, aber auch zur Umwandlung von selbigem. Macht man aus Wasserstoff nämlich wieder Methan - vulgo Erdgas -, kann man es in das bestehende - vielfach auf Gas und nicht auf Wasserstoff - ausgelegte Energiesystem einspeisen. Damit man so allerdings auch tatsächlich das Klima schützt, muss das Kohlendioxid, das beim Verbrennen wieder entsteht, im Kreislauf geführt werden. "Man kann einen geschlossenen Kohlenstoffkreislauf etablieren", so Loibner.

Dieser Kreislauf schließt sich im Fall des Pilotprojekts mit dem Beinamen "Erdgeschichte im Zeitraffer" weit unter der Erdoberfläche in "ausgeförderten Erdgaslagerstätten" - in diesem Fall im oberösterreichischen Unterpilsbach. Im dortigen Sandstein in rund 1.200 Metern Tiefe befindet sich eine natürlich entstandene solche Lagerstätte - ein mit Gas gefüllter Hohlraum. Einst wandelten dort unter Abwesenheit von Sauerstoff Mikroorganismen - sogenannte Archaeen - organisches Material in großer Menge in Erdgas um.

"Die Mikroorganismen sind noch immer dort unten", so Loibner. Darum wollen die Wissenschafter diesen Prozess wieder neu starten und die Vorkommnisse aus früheren Epochen der Erdgeschichte beschleunigt wiederholen. Der Schlüssel dazu liegt darin, die im Wasser im Untergrund befindlichen methanproduzierenden Archaeen mit den richtigen Zutaten zu füttern. Das sind im Zuge der erneuerbaren Energiegewinnung durch Katalyse mittels Strom aus Wasser extrahierter Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2).

Im Labor gelang effiziente Umwandlung

Gleich im Zuge der Speicherung würde so "erneuerbares Geo-Methan" entstehen, wie es die Initiatoren der Projekte nennen. Neben dem großen Versuch unter der Erde Oberösterreichs stellten Loibner und Kollegen die dortigen Bedingungen im Labor nach. In dem Feldversuch wurden über 119.000 Kubikmeter Wasserstoff eingespeist. Zusammen mit einem kleineren Teil Erdgas blieb es 285 Tage dort.

Im Labor zeigte sich, dass die Umwandlung sehr effizient vonstatten gehen kann. Aber auch im Zuge des Feldversuchs wurde klar, dass in 1.200 Metern Tiefe das Gleiche passierte: Es bildete sich Methan aus dem Wasserstoff und dem in geringen Mengen im Erdgas enthaltenen CO2. Über den langen Zeitraum im Boden verschwand das Kohlendioxid fast vollständig, erklärte Loibner. Die Untersuchungen lassen insgesamt darauf schließen, dass im Jahr in der Lagerstätte theoretisch mehr als 114.000 Kubikmeter Methan produziert werden können, heißt es in der Arbeit.

Zu dem dort beschriebenen Projekt gibt es mittlerweile auch Folgeprojekte. "Es läuft auch ein groß angelegter Wasserstoff-Speicherversuch" mit reinem Wasserstoff und die "Geo-Methanisierung" werde seitens der RAG und der weiteren Partner auch mit Hilfe von Forschungsfördermitteln ebenso weiter verfolgt.

Alles in allem brauche es "sehr viele Lösungen", um die momentan rund 85 Prozent der Energie, die aktuell weltweit aus fossilen Trägern stammt, deutlich zu reduzieren, betonte Loibner. Wasserstoff sei ein Aspekt davon, werde uns aber nicht alleine vor der Klimaerwärmung retten: "Man wird diese 85 Prozent nicht mit einer einzigen Technologie ersetzen können."

Service: Publikation online: https://doi.org/10.1038/s41560-024-01458-1; Projekthomepage: https://www.underground-sun-conversion.at/