Forschungsbericht 2019


Greening the Gas
Forschungsbericht 2019

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Die ÖVGW-Forschungsinitiativen
im Rahmen Der „Greening The Gas“- Strategie


In Folge der Pariser Klimakonferenz haben sich auch die österreichischen Bundesregierungen – zunächst mit der #mission2030 und danach im Regierungsprogramm 2020-2024 – ehrgeizige Ziele gesetzt: Ab dem Jahr 2030 soll Österreichs Strom – zumindest bilanziell – zu 100 Prozent aus erneuerbaren Quellen stammen, bis 2040 soll das gesamte Energiesystem weitestgehend dekarbonisiert sein. Die anvisierte Energiewende mit dem Ausstieg aus fossilen Energieträgern bedeutet langfristig auch das Ende für Erdgas, das in der Energielandschaft bis heute eine tragende Säule der Versorgungssicherheit darstellt.

Die Umstellung auf erneuerbare Energien wie Windenergie, Photovoltaik und Wasserkraft birgt indes ein schwerwiegendes Problem in sich: Da deren Erzeugung in hohem Maße vom Wetter und anderen naturgegebenen Faktoren abhängig ist, lässt sich eine gesicherte, zuverlässige und leistbare Energieversorgung nicht allein auf diesen alternativen Quellen aufbauen. Besonders in Perioden hohen Energiebedarfs (in den Wintermonaten) kann die Produktion die Nachfrage nicht decken, während (in den Sommermonaten) erzielte Stromüberschüsse sich aus technischen Gründen nicht speichern lassen.

Als realistische, rasch umsetzbare und wirtschaftlich vertretbare Lösung dieses Problems bietet sich die Nutzung der bestehenden Gasinfrastruktur an. Überschüssiger Strom aus den volatilen erneuerbaren Quellen kann mittels Elektrolyseverfahren zu Wasserstoff umgewandelt und als solcher – oder in einem weiteren Schritt methanisiert – in das Gasnetz eingespeist werden. Infolge dieser Sektorkopplung stehen der aus erneuerbaren Quellen gewonnenen Energie die weitverzweigten Verteil- und enormen Speicherkapazitäten der Gasinfrastruktur zur Verfügung.

Gas ist also nicht gleich Gas. Auch wenn zurzeit der Verbrauch zum überwiegenden Teil noch durch den Import von Erdgas gedeckt wird, erlangt in Österreich erzeugtes, erneuerbares Gas immer mehr an Bedeutung. Bei diesem „Grünen Gas“ handelt es sich einerseits um Biogas aus Reststoffen, das zu Biomethan veredelt eingespeist wird, und andererseits um in Power-to-Gas-Anlagen gewonnenes synthetisches Gas oder Wasserstoff. Mit ihrer Greening the Gas-Strategie hat sich die österreichische Gaswirtschaft das Ziel gesetzt, fossiles Erdgas schrittweise durch diese erneuerbaren Gase zu ersetzen.

Für die Umsetzung der Greening the Gas-Strategie ist neben der Ausgestaltung geeigneter wirtschaftlicher und rechtlicher Rahmenbedingungen eine Vielzahl technischer und sicherheitstechnischer Fragestellungen im Zusammenhang mit dem Einsatz von Biomethan, synthetischem Gas und Wasserstoff zu klären. Diese Aufgabe fällt in den Zuständigkeitsbereich der ÖVGW. Als technischer Arm der österreichischen Gaswirtschaft muss sie auf diesem Gebiet die Voraussetzungen dafür erarbeiten, dass der Energieträger Gas jene bestimmende Rolle übernehmen kann, die für das Gelingen der Energiewende nötig ist.

Um das breit gefächerte Aufgabenspektrum bewältigen zu können, sind umfassende Maßnahmen erforderlich: In organisatorischer Hinsicht wurde zur Zielerreichung ein mit diesem Thema befasster Arbeitskreis – TAK „Greening the Gas“ – eingerichtet, der koordinierende Forschungsbeirat Gas geschaffen und nicht zuletzt eine Ausweitung der finanziellen und personellen Ressourcen beschlossen (zweckgebundene Erhöhung der Mitgliedsbeiträge und Beschäftigung eines zusätzlichen Mitarbeiters im Fachbereich Gas der Geschäftsstelle).

Die Materie erfordert außergewöhnlich hohen Forschungsbedarf. Die ÖVGW hat dazu zwei Initiativen gestartet, die vorläufig – zur Ausarbeitung einer Roadmap – auf 5 Jahre angelegt sind. Sie sollen grundlegende Fragestellungen klären und den Zeitplan für den schrittweisen Ersatz von Erdgas durch erneuerbare Gase festlegen. Im Anschluss daran wird man sich noch mit Detailfragen befassen müssen.

Green Gas 4 Grids

Ziel der ÖVGW-Forschungsinitiative Green Gas 4 Grids ist die Abklärung offener Fragestellungen zur Produktion und Netzeinspeisung erneuerbarer Gase. Dies beginnt bei der effizienten Gaserzeugung und -aufbereitung und reicht bis hin zu einer allfälligen Neudefinition der Gasqualität sowie der Schaffung eines entsprechenden technischen Ordnungsrahmens im ÖVGW-Regelwerk bzw. bei der ÖVGW-Zertifizierung. Zum einen ist zu klären, welche Standards für die Biomethan-Erzeugung gelten sollen und wie die Qualitätssicherung gewährleistet werden kann, zum andern muss untersucht werden, wie geeignet das bestehende, auf Erdgas ausgerichtete Leitungsnetz für die Beimischung von Wasserstoff ist. Dies gilt für die Transport- und Verteilerleitungen ebenso wie für die Inneninstallation und die Endgeräte bei den Verbrauchern. Ein besonderer Schwerpunkt wird dabei auf die industriellen Anwender gelegt, denn mehr als die Hälfte des aktuell in Österreich eingesetzten Erdgases geht in die Industrie.

Green Gas 4 Mobility

Für den Mobilitätsbereich sollen mit Forschungsprojekten im Rahmen der Initiative Green Gas 4 Mobility die Grundlagen für den Einsatz von erneuerbaren Gasen am Verkehrssektor geschaffen werden. Grundsätzlich abzuklären ist, in welchem Ausmaß erneuerbare Gase einsetzbar und welche Möglichkeiten und Begrenzungen dabei gegeben sind. Einen Schwerpunkt bildet das Thema Wasserstoff, beispielsweise hinsichtlich der bei CNG-Fahrzeugen geltenden Grenzwerte für den H2-Anteil im Kraftstoff. Darüberhinaus muss grundlegend evaluiert werden, welche auf nationaler und internationaler Ebene aktuell gültigen normativen und gesetzlichen Anforderungen und Auflagen zu erfüllen sind, um ein WasserstoffFahrzeug in Verkehr bringen zu können – um daraus gegebenenfalls den Bedarf an einschlägigen ÖVGWRichtlinien ablesen zu können. Ein weiterer Fokus richtet sich auf den Einsatz von LNG im Schwerverkehr, da sich hier eine Möglichkeit zur raschen Verringerung des Schadstoffausstoßes eröffnet.

Im Rahmen der Greening the Gas-Strategie sind unterschiedlichste Aspekte zu berücksichtigen: technische (wie Materialfragen, Verbrennungstechnik, P2G-Technologie, Gasaufbereitung oder CO2-Abtrennung), infrastrukturelle, sicherheitstechnische, volkswirtschaftliche, sozioökonomische, betriebswirtschaftliche und ökologische. Die Projekte zur Klärung der anstehenden Fragen werden daher in Zusammenarbeit mit renommierten Universitäten, Forschungseinrichtungen und Experten unterschiedlicher Disziplinen abgewickelt. Für die Forschungsvorhaben des ersten Jahres wurden die Aufträge an folgende Partner vergeben:

  • Montanuniversität Leoben (Lehrstuhl für Energieverbundtechnik; Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik; Department für Umwelt- und Energieverfahrenstechnik)
  • Technische Universität Wien (Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften)
  • Wirtschaftsuniversität Wien (Institut für Transportwirtschaft und Logistik)
  • DI Dr. Wolfgang Zeiner (Konsulent für alter native Kraftstoffe und Fahrzeugantriebe)
  • DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH

Kooperationen auf internationaler Ebene ergänzen die heimische Expertise. Da viele der Fragestellungen nicht isoliert gelöst werden können, setzt man in der ÖVGW bei der gesamten Initiative auf europäische Zusammenarbeit und steht in engem Austausch mit den Schwesterorganisationen Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e.V. (DVGW) und Schweizerischer Verein des Gas- und Wasserfaches (SVGW). So bietet sich etwa durch die Kooperation mit der DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH – dem Forschungsinstitut des DVGW – die Möglichkeit, am deutschen Erfahrungspotenzial zu partizipieren.

Die ÖVGW ist auch Gründungsmitglied der Forschungsplattform ERIG – European Research Institute for Gas and Energy Innovation mit Sitz in Brüssel. Hier arbeitet man mit Kollegen aus Dänemark, Deutschland, den Niederlanden, der Schweiz und der Slowakei zusammen. Ziel von ERIG ist es, durch länderübergreifende Forschung sowie den Austausch nationaler Forschungsergebnisse die Dekarbonisierung der Gasversorgung voranzutreiben und die Rolle erneuerbarer Gase im zukünftigen Energiesystem festzulegen. Auf Basis der wissenschaftlichen Untersuchungen all dieser Partner und der Ergebnisse der beauftragen ÖVGW-Forschungsprojekte soll jene Roadmap erstellt werden, die einen technisch zuverlässigen sowie ökonomisch und volkswirtschaftlich sinnvollen Weg in eine erneuerbare Gaszukunft ermöglicht.


FORSCHUNGSAUFTRAG
Erhebung der Gesamtkosten, die anfallen, wenn die in Österreich bereits bestehenden Biogasanlagen auf Netzeinspeisung umgestellt werden

PROJEKTPARTNER
Montanuniversität Leoben – Lehrstuhl für Energieverbundtechnik Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Thomas Kienberger et al.

LAUFZEIT
2019

STATUS
Abgeschlossen, Abschlussbericht – ÖVGW GF 51


FORSCHUNGSAUFTRAG
Analyse bestehender Methoden und Ermittlung von Optimierungspotenzialen bei der Aufbereitung von Rohbiogas zu einspeisefähigem Biomethan Erarbeitung eines flächendeckend einsetzbaren Standard-Konzeptes bzw. Erstellung eines Kriterienkatalogs zur Auswahl sinnvoller Aufbereitungsverfahren in Abhängigkeit des Standorts

PROJEKTPARTNER
Montanuniversität Leoben – Department für Umwelt- und Energieverfahrenstechnik
Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Markus Lehner, Ass. Prof. Dipl.-Ing. Dr.mont. Markus Ellersdorfer

TU Wien – Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften
Ass. Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Michael Harasek

LAUFZEIT
2019

STATUS
Abgeschlossen, Endbericht – ÖVGW GF 54 Weiterführung geplant


FORSCHUNGSAUFTRAG
Untersuchung der verbrennungstechnischen und sicherheitsrelevanten Anforderungen beim industriellen Einsatz von Erdgas mit erhöhtem Biogas- und Wasserstoffgehalt. Der Schwerpunkt liegt auf der Prüfung von Industrieanwendungen nach Brennertechnologien, die empfindlich auf eine veränderte Erdgasqualität reagieren

PROJEKTPARTNER
Montanuniversität Leoben – Lehrstuhl für Thermoprozesstechnik
Univ. Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Harald Raupenstrauch

LAUFZEIT
2019

STATUS
Abgeschlossen, Endbericht – ÖVGW GF 53 Weiterführung geplant


FORSCHUNGSAUFTRAG
Erstellung einer landesspezifischen Expertise für eine Zuspeisung von bis zu 10 Vol.-% Wasserstoff ins österreichische Gasnetz. Betrachtet werden nur Gasendgeräte mit dem Schwerpunkt „häusliche Gasgeräte“

PROJEKTPARTNER
DBI – Gas- und Umwelttechnik GmbH
Dr. Matthias Werschy
in fachlicher Kooperation mit der Vereinigung der österreichischen Kessellieferanten (VÖK)

LAUFZEIT
2019

STATUS
Abgeschlossen, Endbericht – ÖVGW GF 52


FORSCHUNGSAUFTRAG
Analyse zur Verträglichkeit der Gasverteilnetzbestandteile mit Wasserstoffanteilen im Gasgemisch in Schritten bis zu 100 % und Erstellung von Steckbriefen zur Wasserstofffverträglichkeit von in der Gasversorgung eingesetzten Materialien und Produkten

PROJEKTPARTNER
DBI – Gas- und Umwelttechnik GmbH
Dipl.-Ing. (FH) Gert Müller-Syring et al.

LAUFZEIT
2017ff. (mit Beteiligung der ÖVGW 2019f.)

STATUS
Kompendium Teil A: abgeschlossen
Kompendium Teil B: in Arbeit, wird fortgeführt


FORSCHUNGSAUFTRAG
Analyse, in welchem Ausmaß erneuerbare Gase im Verkehrsbereich einsetzbar sind, welche Möglichkeiten bestehen, welche Begrenzungen vorliegen. Identifizierung der technischen Herausforderungen, die beim Einsatz erneuerbarer Gase auf diesem Sektor noch zu lösen sind. Klärung der Frage, in welchem Ausmaß eine Verflüssigung von Biomethan – für den Einsatz als LNG im Schwerverkehr – durchführbar ist

PROJEKTPARTNER
WU Wien – Institut für Transportwirtschaft und Logistik
Univ. Prof. Dr. Sebastian Kummer

LAUFZEIT
2019

STATUS
in Bearbeitung


FORSCHUNGSAUFTRAG
Erstellung einer Expertise hinsichtlich der aktuell vorliegenden rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen für den Betrieb und die Instandhaltung von Wasserstoff-Fahrzeugen auf internationaler und nationaler Ebene

PROJEKTPARTNER
Dipl.-Ing. Dr.techn. Wolfgang Zeiner
Konsulent für alter native Kraftstoffe und Fahrzeugantriebe

LAUFZEIT
2019

STATUS
Vorläufiger Endbericht


VORAUSSICHTLICH WEITERGEFÜHRTE PROJEKTE

Standardisierte Biogasaufbereitung und Methanisierung

Weiterführung Projekt 02 – Entwicklung eines Standard-Konzepts für die Aufbereitung von Rohbiogas zu einem einspeisefähigen Gas (Prof. Lehner, MUL / Prof. Ellersdorfer, MUL / Prof. Harasek, TU Wien)
Im Folgeprojekt sollen auch größere Anlagen von 500 bis 1.000 Nm3/h erfasst und eine Methanisierung vor Ort betrachtet werden. Grüner Wasserstoff wird aus Überschussenergie erzeugt (unmittelbar vor Ort oder für einen Anlagenverbund), als Systemgrenze gelten alle Prozesse, die Aufbereitung in Kombination mit Methanisierung beinhalten. Es soll eine Betrachtung der technischen Umsetzbarkeit der katalytischen und biologischen Methanisierung erfolgen und mit einer Kostenbetrachtung einhergehen. Als Endprodukt soll Biomethan ohne und mit einem Wasserstoffüberschuss von bis zu 10 % angenommen werden. Auswirkungen auf die Industrie bei einem erhöhten Wasserstoffanteil im Erdgas Weiterführung Projekt 03 – Verbrennungstechnische und sicherheitsrelevante Anforderungen in Hinblick auf einen erhöhten Biogas- und Wasserstoffanteil im Erdgas (Prof. Raupenstrauch, MUL) • Analyse, wie in der Industrie mit einem erhöhten Wasserstoffgehalt umgegangen werden kann. • Darstellung, in welchem Prozentbereich und welcher zeitlichen Änderung eventuelle Schwankungen des Wasserstoffanteils vertretbar sind. Dabei werden kurzzeitige sowie saisonale Schwankungen betrachtet. Wasserstoff in Gasverteilnetzen Fortführung Projekt 05 – Kompendium Wasserstoff in Gasverteilnetzen (Müller-Syring et al., DBI)

Auswirkungen auf die Industrie bei einem erhöhten Wasserstoffanteil im Erdgas Weiterführung

Projekt 03 – Verbrennungstechnische und sicherheitsrelevante Anforderungen in Hinblick auf einen erhöhten Biogas- und Wasserstoffanteil im Erdgas (Prof. Raupenstrauch, MUL)

  • Analyse, wie in der Industrie mit einem erhöhten Wasserstoffgehalt umgegangen werden kann.
  • Darstellung, in welchem Prozentbereich und welcher zeitlichen Änderung eventuelle Schwankungen des Wasserstoffanteils vertretbar sind. Dabei werden kurzzeitige sowie saisonale Schwankungen betrachtet.

Wasserstoff in Gasverteilnetzen

Fortführung Projekt 05 – Kompendium Wasserstoff in Gasverteilnetzen (Müller-Syring et al., DBI)


PROJEKTEVORSCHLÄGE ZUR DISPOSITION

Emissionsvergleich Heizsysteme
Abbildung von Emissionen (CO2, Feinstaub etc.) bezogen auf Heizsysteme im Endkundenbereich und Gegenüberstellung Kosten (Betrieb und Anschaffung) – Heizleistung – Emissionsausstoß.

Brennstoffzellen für den Endkundenbereich
Überblick über das Marktangebot von Reformern und Brennstoffzellen für den häuslichen Bereich zur Strom- und Wärmeerzeugung aus Erdgas. Untersuchung der Verträglichkeit von CH4/H2-Gemischen, Beitrag zur Sektorkopplung, Analyse der möglichen Leistungen je Region und Auswirkungen auf Gas- und Stromversorger.

Heimbetankungsanlagen (CNG Home Refueling Stations)
Sammlung und Gegenüberstellung rechtlicher Hemmnisse im Zusammenhang mit der Druckgeräterichtlinie. Analyse, welche Hemmnisse sich von technischer Seite lösen lassen und wie Heimbetankungsanlagen rechtlich in anderen europäischen Ländern behandelt werden.