Power-to-Gas
Die Energiewende stellt unsere Energieversorgung vor die Herausforderung, erneuerbare Energien zuverlässig speicherbar und flexibel nutzbar zu machen. Hier gewinnt Power-to-Gas an Bedeutung. Das Verfahren nutzt erneuerbaren Strom zur Herstellung von Wasserstoff und synthetischem Erdgas (Methan) und ist damit zukunftsorientierter als die Gewinnung von Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen.
Wasserstoff kann vielseitig eingesetzt, gespeichert, transportiert und bedarfsgerecht in das bestehende Erdgasnetz eingespeist werden. So kann die Power-to-Gas-Technologie dazu beitragen, CO2-Bilanzen zu reduzieren und die Transformation des Energiesystems voranzutreiben. In Deutschland gibt es bereits viele Pilot- und Demonstrationsanlagen für Power-to-Gas, doch die breite industrielle Nutzung steht noch am Anfang. Mehr zum Thema finden Sie im folgenden Artikel.
Power-to-X, Power-to-Gas und weitere Power-to-Technologien
Power-to-X (PtX) ist ein Sammelbegriff für alle Technologien, die temporäre Stromüberschüsse (Power) in (to) eine andere Energieform (X) umwandeln.
Power-to-Gas (PtG) war die erste dieser Power-to-Technologien. Sie wandelt elektrischen Strom – idealerweise aus erneuerbaren Quellen – mittels Wasserelektrolyse in gasförmige Energieträger wie Wasserstoff um. Der Wasserstoff kann entweder direkt genutzt oder in einem weiteren Schritt zu synthetischem Methan weiterverarbeitet werden.
Unter Power-to-Hydrogen (PtH₂) versteht man einen Teilbereich von Power-to-Gas, bei dem ausschließlich Wasserstoff durch Elektrolyse aus erneuerbarem Strom hergestellt wird. In anderen Worten: Power-to-Hydrogen ist die reine Wasserstoffproduktion aus erneuerbarem Strom, während Power-to-Gas den gesamten Prozess beschreibt, bei dem erneuerbarer Strom in ein gasförmiges Produkt umgewandelt wird.
Neben der Power-to-Gas-Technologie gibt es noch andere Formen wie Power-to-Heat (Umwandlung des Stroms in Wärme) oder Power-to-Chemicals (Umwandlung des Stroms in Rohstoffe, die in der Chemieindustrie genutzt werden können). Die Funktionsweise der Technologien ist immer ähnlich, allerdings lassen sich mit den verschiedenen Verfahren unterschiedlich hohe Wirkungsgrade der Energienutzung erzeugen. Daraus ergeben sich unterschiedliche Potenziale, was ihre Leistungsfähigkeit und Anwendungsgebiete angeht.
Je nach Anwendungsbereich, Verfahren und erzeugter Energieform (X) ändert sich zudem die Begrifflichkeit, etwa zu Power-to-Methane, Power-to-Fuel oder Power-to-Chemicals. Auch die Quelle der Energie wird in einigen Fällen zur Benennung des extrahierten Gases herangezogen. Deshalb ist manchmal die Rede von Windgas oder Solargas, wenn es sich bei dem Strom, der für das Power-to-Gas-Verfahren benutzt wurde, ursprünglich um Strom aus Wind- oder Solarenergie handelt.
Wie funktioniert eine Power-to-Gas-Anlage?
In einer Power-to-Gas-Anlage wird regenerativ erzeugte, elektrische Energie in chemische Energie (Erneuerbare-Energien-Gase – EE-Gase) umgewandelt. Als EE-Gase bezeichnet man brennbare Gase, gewonnen durch elektrische Energie aus erneuerbaren Quellen. Im weiteren Prozess folgt darauf die Speicherung der Gase im verfügbaren Gasnetz beziehungsweise deren Weiterverarbeitung.
Wie viele Power-to-Gas-Anlagen gibt es derzeit in Deutschland?
Laut des Bundesverbands der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) lag die Zahl der Power-to-Gas-Anlagen in Deutschland im Dezember 2025 bei 180 in Bau, Planung und Betrieb befindlichen Projekten.
Wie wird Gas gewonnen?
Die Gewinnung der EE-Gase beim P2G-Verfahren wird durch elektrischen Strom aus erneuerbaren Quellen ermöglicht. Der Strom spaltet beim Prozess der Wasserelektrolyse das Wasser (H2O) in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) auf. Der Wasserstoff kann nun direkt eingespeist werden. Da er aber eine wesentlich geringere Energiedichte als das im Gasnetz verwendete Methan aufweist, kann die Einspeisung nur in begrenzten Mengen erfolgen.
Deshalb wird Wasserstoff in diesem Stadium zum Großteil methanisiert, also bei etwa 300 Grad Celsius mit Kohlendioxid (CO2) zu Methan und Wasserdampf umgesetzt. Das so gewonnene Methangas (synthetisches Erdgas) kann vollständig ins Gasnetz eingespeist oder in Gasspeichern gelagert werden. Aufgrund der Speicherfähigkeit wird dem synthetischen Erdgas eine besondere Rolle im Bereich regenerativer Energien zugeschrieben. Die Methanisierung benötigt allerdings auch viel Energie in der Umsetzung: Sie läuft bei Temperaturen von 200 bis 500 Grad Celsius ab und weist einen Wirkungsgrad von circa 80 Prozent auf.
Was kostet eine Power-to-Gas-Anlage?
Die Investitionskosten einer Power-to-Gas-Anlage liegen – je nach Anlagengröße – bei etwa 2.500 bis 3.500 Euro pro Kilowatt elektrischer Leistung. Für alkalische Elektrolyseure werden laut der Strategieplattform Energie und Erdgas der Deutschen Energieagentur (dena) rund 1.500 Euro pro Kilowatt angesetzt.
Wasserstoff:
Man unterscheidet zwischen grünem, blauem, grauem und türkisem Wasserstoff – je nachdem, wie der Wasserstoff hergestellt wurde. Wird Wasserstoff durch Elektrolyse ausschließlich aus Strom aus erneuerbaren Energien hergestellt, entsteht grüner Wasserstoff. Grauer Wasserstoff wird ebenso wie blauer Wasserstoff durch Dampfreformierung aus fossilen Energieträgern hergestellt – beim blauen Wasserstoff gelangt das anfallende Kohlenstoffdioxid aber nicht in die Atmosphäre. Bei der Herstellung von türkisem Wasserstoff wird Erdgas mittels thermischer Spaltung in einem Hochtemperaturreaktor in seine Bestandteile Wasserstoff und Kohlenstoff zerlegt (Methanpyrolyse).
Wo erfolgt die Einspeisung?
Wasserstoff und Methan lassen sich prinzipiell an jeder erdenklichen Stelle ins Erdgasnetz einspeisen. Vorzugsweise wird es jedoch an existierenden oder neuen Gasversorgungsbauwerken (Gaswerken, Verdichterstationen, Hybridkraftwerken, etc.) eingespeist, weil diese über die notwendige Messtechnik zur Überprüfung der eingespeisten Gasmenge verfügen. Dabei sind technische Beimischungsgrenzen der Infrastruktur und der angeschlossenen Anwendungen zu beachten. Reiner Wasserstoff wird heute zum Beispiel bereits in der Industrie oder in Fahrzeugen genutzt.
Um die Materialstabilität zu gewährleisten, müssen große Druckschwankungen vermieden werden. Wasserstoff könnte aufgrund seiner kleineren Molekülgröße leichter entweichen als Methan. Pipelines sollten also regelmäßig geprüft werden, um Materialschäden vorzubeugen und Wasserstoffverluste zu vermeiden. Für den Transport von Wasserstoff per Pipeline ist im Vergleich zu Erdgas deutlich mehr Volumen nötig bzw. es sind höhere Flussgeschwindigkeiten erforderlich.
Aktuell sind mehrere Vorhaben zur Umstellung von Erdgasleitungen oder zum Neubau von Wasserstoffnetzen in Planung, darunter 15 BMWE-geförderte Projekte aus der IPCEI-Linie (Important Projects of Common European Interest). Diese bilden zusammen den Kern des Wasserstoff-Startnetzes. Mehr Informationen zum künftigen möglichen Aufbau der Infrastruktur für grünen Wasserstoff bieten die vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten TransHyDE-Projekte.
Nutzungspotenziale von Synthesegasen
Egal ob Wasserstoff oder Methan, es gibt vielfältige Einsatzmöglichkeiten für Synthesegase. Die PtG-Technologie verbindet diverse Märkte für elektrischen Strom, Wärme und Mobilität miteinander, da sie alle auf Erdgas zurückgreifen, welches zum Großteil aus Methan besteht und deshalb durch Methan aus PtG-Anlagen ersetzt werden kann. Die drei wesentlichen Einsatzmöglichkeiten sind:
Rückverstromung zur Stromerzeugung
Die chemische Energie aus EE-Gas lässt sich in Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen rückverstromen, allerdings mit einem geringen Wirkungsgrad. Dennoch ist es dadurch möglich, den aus erneuerbaren Energien gewonnenen, überschüssigen Strom zu speichern.
Nutzung zur Wärmeerzeugung
Da EE-Gas dieselben chemischen Eigenschaften wie fossiles Erdgas besitzt, kann es theoretisch zum Kochen und Heizen in Privathaushalten verwendet werden. In der Praxis erweist sich dies allerdings noch als ineffizient, da hohe thermische Energieverluste (etwa 35 Prozent) bei der Gaserzeugung anfallen. Im Vergleich zur Wärmepumpenheizung wäre der Stromverbrauch um ein Vielfaches höher, was Mehrkosten für den Endverbraucher bedeuten könnte.
Beispiel: Ein Gebäude mit einem jährlichen Wärmebedarf von 15.000 kWh würde bei Beheizung durch eine Wärmepumpe mit einer typischen Jahresarbeitszahl von 3 etwa 5.000 kWh Strom benötigen. Wird dieselbe Wärmemenge über eine Gas-Brennwerttherme bereitgestellt, die mit Power-to-Gas-Brennstoff betrieben wird, steigt der Stromaufwand durch die Umwandlungsverluste bei der Gaserzeugung auf etwa 23.000 kWh – also ein Vielfaches im Vergleich zur Wärmepumpe.
Einsatz als Kraftstoff im Verkehrssektor
Die Nutzung von EE-Gas zum Antrieb von Brennstoffzellenfahrzeugen oder Erdgasfahrzeugen ist ein weiteres mögliches Einsatzgebiet von Synthesegas. Allerdings beschränkt sich die Nutzung auf diese beiden Mobilitätsformen. Im breiten Mobilitätssektor werden eher flüssige Kraftstoffe aus Power-to-Liquid-Verfahren (zum Beispiel Methanol) eingesetzt, da sie bessere volumetrische Eigenschaften besitzen.
Energetisch betrachtet, ist der Einsatz von P2G-Wasserstoff in Brennstoffzellen-Pkw bzw. von P2G-Methan und PtL in Verbrennungsmotoren von Pkw noch nicht ausgereift. Für dieselbe Fahrleistung muss circa die drei- bis sechsfache Menge an Strom im Vergleich zu einem Elektro-Pkw eingesetzt werden.
Vor- und Nachteile der Power-to-Gas-Technologie
Als einer von vielen Bausteinen der Energiewende ermöglicht es die Power-to-Gas-Technologie, erneuerbare Energie speicherbar zu machen und in bestehende Systeme einzubinden. Welche weiteren Vorteile, aber auch Nachteile, P2G mit sich bringt, wird im Folgenden näher beleuchtet.
Vorteile von Power-to-Gas
Eignung als Langfristspeicher: Der wohl größte Vorteil von P2G ist die Eignung als saisonaler Langfristspeicher. Überschüssiges Methan aus erneuerbaren Energien lässt sich für Zeiten der Dunkelflaute (also Zeiten, in denen Strom weder durch Solar- noch durch Windenergie gewonnen werden kann) oder bei zu hohen Netzbelastungen abführen und in Gasspeichern zwischenlagern.
CO2-Bindung durch Methanisierung: Ist der Wasserstoff aus der Elektrolyse im Herstellungsprozess gewonnen, folgt häufig die Methanisierung und damit Aufbereitung des Wasserstoffs zu Methangas (synthetischem Erdgas). Bei diesem chemischen Prozess lässt sich CO2 aus Abgasen von Kraftwerken, Biogasanlagen oder anderen industriellen Prozessen binden.
Ersatz von fossilem Wasserstoff: Wasserstoff wird von verschiedenen Industrien in großen Mengen benötigt. Die Gewinnung erfolgt jedoch meist aus fossilen Brennstoffen. Perspektivisch könnte der mittels Elektrolyse gewonnene, grüne Wasserstoff diesen ersetzen. Voraussetzung für diesen Wandel sind jedoch ein massiver Ausbau erneuerbarer Energie, der Aufbau einer entsprechenden Transport- und Speicherinfrastruktur sowie verbraucherorientierte Herstellungs- und Stromkosten.
Nutzung der bestehenden Gasinfrastruktur: Aufgrund des gut ausgebauten Erdgasnetzes in Europa lässt sich über vorhandene Infrastrukturen eine erhebliche Menge Energie in Form von Gas transportieren. Außerdem soll ein Wasserstoffkernnetz entstehen, das zu einem großen Teil auf umgewidmeten Erdgasleitungen basiert. Zwar ist der Wirkungsgrad des Gases Wasserstoff wesentlich geringer als der von elektrischer Energie, allerdings ist für die Verwendung von elektrischer Energie der kostenintensive Ausbau von Hochspannungsleitungen erforderlich. Dieses Problem lässt sich umgehen, indem die Kapazitäten des Erdgasnetzes umfänglicher ausgeschöpft werden.
Dekarbonisierung industrieller Prozesse: Die Power-to-Gas-Technologie kann die Dekarbonisierung verschiedener Industrie-Sektoren vorantreiben, die durch die Elektrifizierung allein nicht realisierbar wäre. Wasserstoff bzw. synthetisches Erdgas (methanisierter Wasserstoff) kann dabei helfen, in Branchen wie Stahl, Raffinerie, Chemie und Transport sowie in Anwendungen wie Fernwärme und Landwirtschaft die CO²-Bilanz zu reduzieren. Fossile Brennstoffe wie Erdgas und Kokskohle können so in industriellen Prozessen ersetzt werden.
Nachteile von Power-to-Gas
Hohe Umwandlungsverluste: Die hohen Verluste von Energie bei Elektrolyse und Methanisierung sind die Hauptgründe für den verhältnismäßig schlechten Wirkungsgrad von Power-to-Gas-Anlagen. So bleibt nur rund ein Drittel der aufgebrachten Energie bei der Rückverstromung von EE-Gas erhalten. Allerdings gibt es hier verschiedene Ansätze, den Wirkungsgrad zu erhöhen, beispielsweise durch den Einsatz von Kraft-Wärme-Kopplung oder die Optimierung der Abwärmenutzung.
Noch nicht wirtschaftlich tragfähig: Energieüberschüsse aus erneuerbaren Energien sind derzeit noch nicht in einem Maße vorhanden, das die Nutzung von Power-to-Gas-Technologien in großem Stil wirtschaftlich und energetisch sinnvoll macht. Mit Blick auf die Energiewende und den wachsenden Anteil erneuerbarer Energien an der Gesamtlast des Stromnetzes wird es zukünftig empfehlenswert sein, auf PtG-Technologien zurückzugreifen, um Versorgungssicherheit zu gewährleisten..
Markteinblicke Power-to-Gas
2025 hatte der Markt für Power-to-Gas ein Volumen von über 47,2 Millionen US-Dollar und wird laut Prognosen bis Ende 2035 voraussichtlich auf 116,8 Millionen US-Dollar anwachsen. Das entspräche einem durchschnittlichen jährlichen Wachstum von 10,6 Prozent für den Prognosezeitraum 2026-2035. Für 2026 wird das Marktvolumen für PtG auf 52,2 Millionen US-Dollar geschätzt.
Bis 2035:
-
wird der asiatisch-pazifische Markt im Bereich Power-to-Gas voraussichtlich einen Anteil von 35,6 Prozent erreichen.
-
dürfte Nordamerika die am schnellsten wachsende Region sein.
-
wird der Anteil der erneuerbaren Energien (Solar/Wind) am PtG-Markt voraussichtlich 92,8 Prozent erreichen.
-
dürfte das Teilsegment Elektrolyse den zweithöchsten Marktanteil erreichen.
Ist Power-to-Gas sinnvoll?
Ein Grundproblem, das durch das vermehrte Zurückgreifen auf erneuerbare Energien entsteht, ist die geringe Flexibilität von Grundlastkraftwerken. Sie sind nicht für schnelle Anpassungen ausgelegt. Besteht ein Überangebot an Strom aus Wind- oder Solarenergie, werden sie oft gedrosselt oder abgeschaltet, während das Stromnetz versucht, die Balance zwischen Erzeugung und Verbrauch zu halten. Die produzierte Energie sollte jedoch genutzt, exportiert oder in irgendeiner Form gespeichert werden.
Dieses Problem versuchen Power-to-X-Nutzungskonzepte zu lösen, indem sie überschüssige Energie speicherbar machen. Als Langfristspeicher – die bevorzugte Variante für saisonale Energiespeicherung – kommen bisher nur chemische Speicher wie Power-to-Gas in Frage, wobei das erzeugte Gas in Gasspeichern zwischengelagert werden kann. Diese werden allerdings erst bei hohen und langanhaltenden Stromüberschüssen, etwa ab einem erneuerbaren Anteil von 60 bis 70 Prozent, notwendig.
Ist der Anteil niedriger, gilt die Ausregelung durch Wärmekraftwerke als effizienter. 2025 lag der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung in Deutschland bei 58,8 Prozent; bis 2030 soll dieser Wert auf mindestens 80 Prozent steigen. Je größer der Anteil erneuerbarer Energien im Strommix wird, desto wichtiger könnten die PtX-Technologien in Zukunft werden.
Aktuell kann das erzeugte Synthesegas von Power-to-Gas zunächst in anderen Sektoren, etwa im Verkehr, genutzt werden.
Für Endverbraucher:innen, die bereits auf eine Gas-Technologie im Eigenheim setzen, wird sich mit Synthesegas nichts ändern: Ihre Heizung kann damit genauso beheizt werden wie mit klassischem Erdgas.
Zusammengefasst lässt sich sagen, dass die Power-to-Gas-Technologie eine zukunftsorientierte Lösung mit Ausbaupotenzial darstellt, da es im Zuge der Energiewende mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien immer wichtiger werden könnte, den Bedarf für saisonale Speicherung zu decken.
Auch wenn aktuell nur etwa ein Drittel der ursprünglichen Stromenergie nach Rückverstromung übrigbleibt, liefert Power-to-Gas der Industrie zukunftsorientierte Gase wie Wasserstoff oder synthetisches Erdgas (Methan), die fossile Brennstoffe in industriellen Prozessen ersetzen können, die sich schwer direkt elektrifizieren lassen. Gleichzeitig ermöglicht P2G die saisonale Speicherung von regenerativem Strom in Gasspeichern und die Nutzung bestehender Gasinfrastruktur, wodurch zukünftig trotz relativ niedriger Wirkungsgrade eine effektive Dekarbonisierung ermöglicht werden kann.
Wärmepumpenstrom
Unsere Wärme-Tarife mit Ökostrom aus 100 % erneuerbarer Energie.
