电转气

电转气是一种能源概念（或技术），根据该概念（或技术）使用电解水和电力生产燃气。 这种燃料气体（通常是氢气，也可能是氨气、甲烷）可以储存起来以备后用。 除其他外，它可以用作燃料（电能到燃料）或化学原料（电能到化学品）或临时储存在天然气基础设施中，以便以后在燃气发电厂中进行再转化。 此外，还有基于可逆燃料电池的集成储能电站的概念，其电转电存储效率高达70%左右，有望比现有的电转气存储过程显着提高整体效率。

电转气是所谓的Power-to-X技术。 在此上下文中，功率是指暂时过剩的电力，X 是指能量的形式或电能转换成的目的。 电转气被视为季节性长期存储，其效率低于通过部门耦合或短期存储在供热部门或运输（电热、车辆到电网）中直接使用过剩电力的效率. 因此，出于效率的考虑，这些技术应该比天然气生产等长期储存更早使用。 据推测，鉴于目前的技术水平，只有在能源转型的第三阶段才需要电力转气技术，届时可再生能源在电力结构中的份额将达到 60% 至 70% 或更多； 其他来源称 80%。 在份额较低的情况下，能源系统的灵活性措施，如增加热泵供暖、电动汽车、智能电网和短期储能的使用，将更加有效。 由于效率低下，将电力用于能源传输，例如替代电力线，在生态和经济上都不明智。 在这里，通过高压线的直流电传输比电转气技术更可取，因为它的效率要高得多。

如果可再生能源的剩余电力用于生产，那么使用电转气技术仅在能源经济和生态方面才有意义。 使用来自化石燃料的灰色电力会增加排放而不是减少排放，因此会在能源和生态方面适得其反。 因此，以这种方式生产的合成气有时也称为 EE 气体。 根据所使用的可再生能源的类型，该气体也称为风气、太阳能气或类似名称； 根据气体的化学成分，还使用“甲烷”或“氢气”代替术语“气体”。

电转气的一个可能定义是：

“电转气这个词代表一个概念，在这个概念中，多余的电力被用来通过电解水生产氢气，并在必要时在第二步使用二氧化碳 (CO2) 将其转化为合成甲烷。”

经典的电转气包括将再生产生的电能转化为化学能，并以各种气体的形式储存在可用的气体网络中。 为此，首先使用电解槽将水分解为氢气和氧气，然后通过添加二氧化碳进行甲烷化，最后送入天然气网络。 然后，这种燃料可用于多种用途：除了在燃气发电厂或热电联产发电厂中转换回电能外，它还可以用于运输部门和产生热量。

由于其储存能力，合成产生的甲烷气体在可再生能源领域发挥着特殊的作用。 与常规合成天然气一样，它可以被送入现有的天然气管网； 因此，它可以储存能量并将其输送给消费者，从而减轻电网的负荷。 生产这种可再生气体的起始原料是水和二氧化碳，在可再生能源过剩时将其转化为氢气，除其他外，通过水电解来稳定电网，然后在必要时通过甲烷化作用转化为甲烷。

为了提高整体效率，还可以利用电解和甲烷化过程中产生的废热。 在碱性或 PEM 电解中，这发生在 40 至 90 °C 或 20 至 100 °C 的温度水平，因此可以例如用于回流供热网络，作为某些工业过程的过程热或作为游泳池或医院的热源。

氢气通过电解水产生，并尽可能直接送入燃气网络（截至 2015 年，德国天然气网络中氢气浓度的允许上限在个位数百分比范围内；城市燃气网络包含约 50% 的氢气）或临时储存在盐洞等大型储存设施中。 电解所需的电能由风力涡轮机或太阳能电池产生。

当通过水电解产生氢气作为 EE 气体时，会发生以下化学反应：

2 H 2 O + E n e r g i e ⇋ 2 H 2 + O 2

两个水分子 (H2O) 分裂成两个氢分子 (H2) 和一个氧分子 (O2)。

碱性电解槽、PEM电解槽和固体氧化物燃料电池可用于电解。 正在研究其他电解技术。 例如，2017 年推出了一种基于镍铁电池的电解槽，它最初可以像传统电池一样进行充电和放电。 如果蓄电池达到其容量极限并且继续供电，则会产生氢气。 这样的系统将具有适合短期和长期储存的优势。

工业实现的一个例子是 Wind to Gas Energy GmbH & 生产的氢气。

甲烷化

或者，氢气可以与先前从工业过程中捕获或从空气中捕获的二氧化碳一起转化为甲烷气体，这是碳捕获和利用概念的一种形式。 然后可以将获得的高达 100% 的甲烷送入天然气网络或储存在天然气储存设施中。 与制氢不同，在这种情况下可以使用完整的天然气储存和运输基础设施。

然而，原则上，只要仍然从化石天然气中获得用于材料用途的氢，合成 PtG 甲烷的生产确实是没有意义的。 到目前为止，工业需要大量的氢气。