Zunächst wird Strom für die Gewinnung von Wasserstoff per Elektrolyse eingesetzt, wo Wasser mit elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Auf diese Weise wird ein Teil der elektrischen Energie chemisch im Wasserstoffgas gespeichert. Der Wasserstoff kann direkt verwendet werden, beispielsweise für Anwendungen in der chemischen Industrie oder in BHKWs für den Wärmesektor oder bis zu einem Anteil von fünf Prozent direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden.

Alternativ kann der gewonnene Wasserstoff unter Zugabe von CO₂ anschließend in synthetisches Methan umgewandelt werden, das identisch ist mit fossilem Erdgas und erneuerbarem Biomethan. Methan kann in den bestehenden Gasinfrastrukturen gespeichert und transportiert werden und ist damit einfacher handhabbar als Wasserstoff: Die Methanisierung soll in Zukunft die mittel- und langfristige Speicherung von Energie ermöglichen. Für dieses synthetische Gas kann nämlich die Transport- und Speicherkapazität des Erdgasnetzes genutzt werden.

Einerseits kann das Methan BHKWs zur Strom- und Wärmeerzeugung antreiben. Andererseits könnten diese klimaneutral erzeugten Energieträger auch im Wärme- und Mobilitätssektor eingesetzt werden, wo die direkte Stromnutzung nicht möglich ist – etwa zur Produktion von Hochtemperatur-Prozesswärme. Bei Bedarf kann das erneuerbare Gas auch in Gasturbinen rückverstromt werden: Falls zu wenig erneuerbarer Strom zur Verfügung steht, können mit diesem regenerativ erzeugten Gas die positiven Residuallasten gefüllt werden. PtG ermöglicht eine hohe zeitliche und örtliche Flexibilität zwischen den einzelnen Sektoren. Allerdings ist das Verfahren durch die Umwandlungsverluste bei den chemischen Prozessen weniger effizient als die direkte Nutzung des erneuerbaren Stroms für Wärme.

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