Dr. Andre Heel im Interview

«Erneuerbares statt fossiles Erdgas»

Kohlendioxid in synthetischen Brennstoff umwandeln: Andre Heel forscht an der ZHAW, wie sich aus klimaschädlichem Abfall ein Wertstoff für die Energiespeicherung herstellen lässt.

Interview Andreas Turner | Fotos Aline Gerber | Erschien: Meine Energie 4/19

 

Herr Heel, die Energiewende braucht zwei Dinge ganz dringend – erstens die CO2-Reduktion zur Bewältigung der Klimakrise und zweitens Langzeitspeicher von Energie. Sie arbeiten an einer Lösung für beide Probleme. Mit welchem Fokus?

Die Aufgabenstellung war tatsächlich: Wie kann man die klimaschädlichen CO2-Emissionen substanziell reduzieren, indem man dieses Gas in grösseren Mengen gewinnt und einem vorhandenen Energiesystem zuführt? Wir haben uns dazu die Zementindustrie näher angeschaut.

 

Das meiste CO2, nämlich 50 Prozent, entsteht beim Individualverkehr und in den Privathaushalten. Weshalb also die Zementindustrie?

Weil die Emissionen dort in brauchbarer Konzentration und in grossen Mengen anfallen. Stellen Sie sich vor, Sie müssten das CO2 bei jedem fahrenden Auto einsammeln! Wir haben in der Schweiz gerade mal sechs Zementproduktionsanlagen, die für insgesamt 7 Prozent des gesamten CO2-Ausstosses verantwortlich sind, nämlich für rund 2,6 Millionen Tonnen pro Jahr. In diesem Fall ist das eine verfahrenstechnische Chance und kein Nachteil. Unser Ansatz ist daher, das Gas am Ort des Entstehens mit Wasserstoff in Methan – den Hauptbestandteil von Erdgas – umzuwandeln und ins Netz einzuspeisen. 

 

Warum ins Erdgasnetz?

Wir haben allein in der Schweiz Zigtausende Kilometer Erdgasleitungen. Das synthetische Erdgas lässt sich somit dem fossilen Gas beimischen, auf diese Weise zwischenspeichern und überallhin an die Orte des Verbrauchs verteilen.

 

Herr Heel erklärt einem Interessierten die Vorteile von erneuerbarem Erdgas.

Es wird ja auch noch Biogas eingespeist. Bis zu welchem Grad liesse sich das fossile Erdgas somit erneuerbar machen?

Die Schweizer Gasindustrie hat sich auf die Fahne geschrieben, bis 2030 rund einen Drittel des Gas-Wärmemarkts erneuerbar zu machen. Sicher ein ehrgeiziges Ziel, das die Verantwortlichen aber nicht kommunizieren würden, wenn die Chancen dafür nicht gut stünden. 



Der Grossteil des Wasserstoffs, der gehandelt wird, stammt aus fossilen Quellen. Woher soll also das H2 für die Methanproduktion kommen?  

Durch Spaltung von Wasser mit überschüssigem Ökostrom aus Windkraft oder Photovoltaik beispielsweise. Dazu gibt es heute auch schon reversible Brennstoffzellen, die mit einer Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) arbeiten. 
 

 

Fakt bleiben aber doch die hohen Energieverluste bei der Herstellung von Wasserstoff? 

Deshalb wird an diesem Problem auch international mit Hochdruck geforscht. Mit Partnern von der EPFL arbeiten wir etwa an der photoelektrochemischen Spaltung von Wasser (PEC). Eine PEC funktioniert wie eine Art Photovoltaik unter einer Wasserschicht. Scheint das Sonnenlicht darauf, spaltet sich das Wasser direkt. Wenn bei diesem Verfahren die gleichen Fortschritte erzielt werden wie in den letzten Jahrzehnten bei der herkömmlichen Photovoltaik, eröffnen sich grosse Chancen zur Effizienzsteigerung.  



Ihre Arbeit ist auf Unterstützung durch die Industrie angewiesen. Wie weit gibt es bereits Vereinbarungen, Ihr Projekt zur Erzeugung erneuerbarer Brennstoffe bald im grossen Stil umzusetzen?  

Sie sagen «im grossen Stil» – das ist genau der springende Punkt. Wir sind ein anwendungsorientiertes Forschungslabor, das bereits für eine Pilotanlage einen Partner aus der Industrie braucht. Momentan herrscht wenig Klarheit darüber, wer Power-to-Gas entscheidend vorantreiben soll. Die Zementindustrie? Die Betreiber der Erdgasnetze? Die Energieversorger selbst? 



Wie beurteilen Sie Unternehmen wie Climeworks, die das Kohlendioxid direkt aus der Umgebungsluft filtern? 

Es ist ja eine gute Idee, dieses CO2 auch hochrein zu bekommen, und Climeworks packt das Problem auch an. Nur ein Einzelkollektor separiert etwa 50 Tonnen pro Jahr. Aber eben: Allein in der Schweizer Zementindustrie entstehen jährlich 2,6 Millionen Tonnen, da bewegen wir uns noch nicht mal im Promillebereich. Der beste Effekt dabei ist zweifellos, dass es immer mehr Akteure gibt, die neue Technologien entwickeln und das Thema vorantreiben. Um eine breite Wirkung zu entfalten, braucht es eine grössere Zahl solcher Anstrengungen. Zurzeit stürzt sich alles auf die batterieelektrische Mobilität, während Sie eher zum Wasserstoffauto tendieren. Was diesem fehlt, ist jedoch die Infrastruktur. Die Wasserstoffmobilität kommt. In der Schweiz wird gerade intensiv daran gearbeitet, zügig ein entsprechendes Netz aufzubauen. Im Sog von Tesla scheint in der öffentlichen Wahrnehmung jedermann auf die Batterie zu schauen, die aber auch ihre Nachteile hat. Wenn es um grosse Distanzen, hohe Gewichte sowie kurze Lade- oder Tankzeiten und Ökologie geht, ist die wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle eindeutig im Vorteil. 

Der ökonomische Faktor überstrahlt alles. Doch man sollte den Innovationen auch mal etwas Zeit geben, sich zu entfalten.
Dr. Andre Heel

Fossile Brennstoffe sind noch immer sehr billig zu haben. Ist das der Hauptgrund, weshalb alternativ noch vergleichsweise wenig vorangeht? 

Der ökonomische Faktor überstrahlt alles. Doch wir sind in meinem Forschungsgebiet an einem Punkt, wo eine junge, aufstrebende Technologie immer mit einer verglichen wird, die man seit 100 Jahren intensiv nutzt und mit Abermilliarden optimiert hat. Man sollte den Innovationen auch mal Zeit geben, sich zu entfalten.  
 


Wie viel energiepolitische Unterstützung erhalten Sie, und welche offenen Wünsche haben Sie diesbezüglich? 

Die Schweizer Politik möchte immer alles den Markt regeln lassen. Man sollte jedoch nicht unterschätzen, in welch extrem starkem Wandel wir uns befinden. Da kann man sich auch mal ein Herz nehmen, um aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse eine bestimmte Richtung einzuschlagen, um auch der Industrie Sicherheit zu bieten. Es braucht beim technologischen Wandel nicht immer gleich den ganz grossen Wurf. Den Markteintritt neuer Technologien aber zumindest nicht zu erschweren – das wäre schon wünschenswert. 

  • Dr. Andre Heel

    Dr. Andre Heel (47) ist Leiter des Labors für Prozesstechnik an der ZHAW Winterthur und wird im Februar 2020 die Professur für Umwelttechnik und Klimaschutz am UMTECH an der HSR in Rapperswil antreten. Er ist promovierter Chemieingenieur (Universität Karlsruhe) und war acht Jahre an der Empa Dübendorf tätig, sowohl in der Materialforschung für Brennstoffzellen als auch im Marketing & Technologietransfer. 2018 schloss er das nationale Energiewende- Verbundprojekt «Erneuerbare Energieträger zur Stromerzeugung» erfolgreich ab. Andre Heel lebt in Dübendorf und ist verheiratet. Dieses Verfahren bietet einige Vorteile gegenüber dem industriell ausgereiften alkalischen Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff. Denn ein PEM-System kann innerhalb von Sekunden auf die grossen Sprünge bei der Stromproduktion von Wind- und Solaranlagen reagieren.

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