Durch die Energie des Sonnenlichts können chemische Reaktionen so ablaufen, dass am Ende Methan entsteht. Dieses Methan kann als Solarmethan bezeichnet werden.
Die Abgrenzung zum Biomethan liegt darin, dass für die Erzeugung von Solarmethan keine Pflanzen eingesetzt werden.
Indirekter Weg: Wasserstoff aus Elektrolyse mit Photovoltaik-Strom
In diesem Verfahren wird Sonnenlicht mit Solarzellen in elektrischen Strom umgewandelt. In einer Elektrolyse-Zelle wird Wasser gespalten und der dabei entstehende Wasserstoff gesammelt:
| 2 H2O | → | 2 H2 | + | O2 |
| Wasser | → | Wasserstoff | + | Sauerstoff |
Wasserstoff kann mit Kohlendioxid unter Verwendung von Katalysatoren z.B. mit Kohlendioxid in Methan umgewandelt werden:
| 4 H2 | + | CO2 | → | CH4 | + | 2 H2O |
| Wasserstoff | + | Kohlendioxid | → | Methan | + | Wasser |
Dieses Verfahren wird von der Solar Fuel GmbH entwickelt und besitzt nach Firmenangaben einen Wirkungsgrad von 60 Prozent. Wird der Wirkungsgrad der Solarstrom-Produktion mit einbezogen, liegt der Gesamtwirkungsgrad „Sonnenlicht-Energie → Methan“ bei ca. 10 Prozent. Damit ist der Wirkungsgrad etwa 20-fach höher als der Wirkungsgrad der Methanproduktion aus Biogas.
Direkter Weg: Methan aus Kohlendioxid und Wasser mit Sonnenlicht
Wünschenswert ist eine Herstellung von Methan ohne den Umweg über die Elektrolyse. Diese Umwandlung würde mit entsprechenden Katalysatoren unterstützt und folgendermaßen aussehen:
| 2 H2O | + | CO2 | → | CH4 | + | 2 O2 |
| Wasser | + | Kohlendioxid | → | Methan | + | Sauerstoff |
Dieser direkte Weg setzt viele Neuerungen voraus, insbesondere im Bereich der Verfügbarkeit effizienter Katalysatoren, die Energie aus dem Sonnenlicht in die chemischen Reaktionen einbringen und dabei auf lange Sicht stabil bleiben. Der apparative Aufwand ist im Vergleich zu der indirekten Methode deutlich geringer. Allerdings ist eine saubere Trennung der entstehenden Gase Methan und Sauerstoff notwendig, um das Explosionsrisiko zu reduzieren.
Generelle Vorteile von Solarmethan
Solarmethan könnte einen Durchbruch in der Nutzung erneuerbarer Energien darstellen:
- Solarmethan ist kohlendioxid-neutral: Ein technischer Kohlenstoffkreislauf wird eingerichtet, der in der Bilanz die atmosphärische Kohlendioxid-Konzentration nicht beeinflusst.
- Solarmethan lässt sich in der bestehenden Infrastruktur für Erdgas problemlos speichern und transportieren. Gegebenenfalls müssen Kapazitäten ausgebaut werden, aber die Technologie ist vorhanden.
- Solarmethan lässt sich – wie Erdgas – für alle Bereiche der Bereitstellung von Energie problemlos verwenden: In hocheffizienten GUD-Kraftwerken für die Stromerzeugung, in Gasheitungen für die Raumwärme-Bereitstellung und in Fahrzeugen, die auf den Betrieb mit Erdgas umgerüstet sind.
- Solarmethan erlaubt eine hohe Bandbreite zwischen zentral und dezentral orientierten Komponenten, verbunden durch ein weitgespanntes Verteilungsnetz – dafür wäre, wie bereits erwähnt – das bestehende Netz zur Verteilung von Erdgas vorhanden.
Noch ist keines der beiden Verfahren großindustriell einsetzbar, voraussichtlich ein hohes Maß an Forschung und Entwicklung zu tätigen, um die Verfahren reifen zu lassen. Ansonsten sind aber keine Nachteile absehbar.