Unter der Sektorenkopplung wird die physische Kopplung verschiedener Infrastrukturen der Energieversorgung verstanden. Dabei werden per Definition die Sektoren Energiewirtschaft (Strom, Wärme), Mobilität (Treibstoffe) und Industrie (stoffliche Nutzung von Kohlenwasserstoffen und Prozesswärme) gekoppelt.
Das Ziel der Sektorenkopplung besteht darin, die Potentiale der erneuerbaren Energien nicht nur zur Stromerzeugung, sondern auch in den Sektoren Wärme, Gas sowie Mobilität und Industrie nutzbar zu machen. Letztlich kann so der Einsatz fossiler Energieträger wie z.B. Kohle, Erdöl und Erdgas insgesamt reduziert und langfristig vermieden werden.
Die Sektorenkopplung stellt ein bedeutendes Element zum Gelingen der Energiewende bzw. zum Erreichen der nationalen Klimaziele dar und entwickelt sich schrittweise in drei verschiedenen Phasen (siehe auch Frage des Monats Januar 2020,“In welchen Phasen entwickelt sich die Sektorenkopplung?“). Wasserstoff kann dabei eine wichtige Rolle spielen. Entscheidend hierfür ist der Aufbau einer entsprechenden Wasserstoffinfrastruktur (siehe auch Frage des Monats Juni 2019,“Welche Wasserstoffinfrastruktur braucht die Sektorenkopplung?“).
Sektorenkopplung mittels Erneuerbarem Strom
Zur Kopplung der verschiedenen Sektoren kommen folgende Elemente, auch Power-to-X-Technologien genannt, zum Einsatz. Ausgangspunkt ist der Strom aus erneuerbaren Energien. Im Folgenden werden die verschiedenen Möglichkeiten der Sektorenkopplung beschrieben:
Sektorenkopplung Möglichkeit: Power-to-Gas (PtG) beschreibt die Kopplung der Strom- und Gasinfrastruktur. Mithilfe von Strom aus erneuerbaren Energien wird mittels Elektrolyse grüner Wasserstoff hergestellt (siehe auch Frage des Monats Februar 2018, „Woher kommt grüner Wasserstoff?“). Der Wasserstoff kann dann zum Teil in die Erdgasinfrastruktur eingespeist werden oder in einem weiteren Prozessschritt zu synthetischem Methan umgewandelt werden. Der hergestellte Wasserstoff oder das Methan können zudem im Mobilitätsbereich Anwendung finden. Durch den Einsatz von Brennstoffzellen lässt sich der Wasserstoff rückverstromen, da bei der chemischen Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff Strom bereitgestellt wird.
Sektorenkopplung Möglichkeit: Unter Power-to-Liquid (PtL)werden verschiedene Verfahren zur Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe verstanden, welche im Mobilitätssektor Anwendung finden. Die Herstellung von Methanol oder Treibstoffen wie z.B. Kerosin erfolgt auf Basis von Wasserstoff oder synthetischen Methan.
Sektorenkopplung Möglichkeit: Power-to-Heat (PtH) verbindet den Strom- mit dem Wärmesektor. Der regenerative Strom wird direkt zur Wärmeerzeugung durch den Einsatz von Direktheizungen, Wärmepumpen und Elektrodenkesseln genutzt.
Die direkte Nutzung des regenerativ erzeugten Stroms kann z.B. durch die Ladung von Elektrofahrzeugen erfolgen. Hierdurch entsteht eine direkte Kopplung des Strom- und Mobilitätssektors (auch als Power-to-Mobility bezeichnet).
Sektorenkopplung mittels stofflicher Nutzung
Die stoffliche Nutzung von Wasserstoff erfolgt beispielsweise in der Stahl- und Chemieindustrie. Bei der Stahlherstellung wird der Wasserstoff als Molekül als Reduktionsmittel eingesetzt, um Eisenerz zu reduzieren (von Sauerstoff zu befreien). Eine weitere Nutzungsmöglichkeit ist, das Wasserstoffmolekül in Wärmebehandlungsprozessen oder zu Oberflächenvergütung einzusetzen. Dadurch werden bestimmte Eigenschaften von Stahl verbessert. In der Chemieindustrie kann der Wasserstoff (neben grünem Kohlenstoff oder CO2) als Grundstoff für neue Produkte wie z.B. Kunststoffe verwendet werden.
Ausblick
Im Hinblick auf das zentrale Klimaziel Deutschlands (Klimaschutzplan 2050 der Bundesregierung), bis 2045 treibhausgasneutral zu werden, spielt die Sektorenkopplung eine zentrale Rolle. Mit Hilfe der Sektorenkopplung kann die volatile Erzeugung von regenerativem Strom flexibilisiert und sektorenübergreifend effizient genutzt werden. Das Konzept der Sektorenkopplung ist auch in unseren Film Sektorenkopplung beschrieben. (Der Film wird von einem Avatar gesprochen).
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