Kurs: Technik, Energie und Nachhaltigkeit | OnCourse UB

  • Lektion 4

    • Wasserstofftransport und Wasserstoffnutzungswege

      Wasserstoffproduktion und -speicherung

      Große Unternehmen bereiten sich gegenwärtig auf die lokale Wasserstoffproduktion mit einer betriebsinternen Elektrolyse vor. Andernorts entstehen derzeit große Wasserstoff-Projekte – wie z.B. der hydrohub Fenne (53 MW) in Völklingen (STEAG New Energies), bei dem eine konzentrierte Wasserstoffproduktion für eine überregionale Versorgung mit 8.700 Tonnen H2 pro Jahr vorgesehen ist, unter anderem mit einer Versorgung des regionalen Nahverkehrs (Brenstoffzellen-Triebwagen und -busse der Saarbahn).

      Ein Potential der Energiewende liegt auch in dem möglichen zukünftigen Betrieb von Gaskraftwerken oder Gas- und Dampfkraftwerken auf Wasserstoffbasis oder Basis von synthetischen Gasen und veredelten Bioerdgasen. Ein Europäisches Forschungsprojekt im französischen Ort Smurfit-Kappa (Hydroflex Power) hat erstmals eine Turbine (12 MW elektrisch, 20 MW thermisch) erfolgreich im Test, die in der Lage ist, reinen Wasserstoff als Brenngas zu verarbeiten.

      Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk

      Ein Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk oder Gas-und-Dampfturbinen-Kraftwerk (kurz GuD-Kraftwerk) bezeichnet das Zusammenwirken der Verbrennungskraftmaschine Gasturbine mit der Wärmekraftmaschine Dampfturbine, deren verschiedene thermodynamischen Kreisprozesse miteinander kombiniert werden. Dabei können sehr hohe Wirkungsgrade (bis zu 64%) erreicht werden. Es gilt als das effizienteste Kraftwerk unter den Gaskraftwerken. Würden die GuD-Kraftwerke in Zukunft mit Grünem Wasserstoff, EE-Synthesegasen oder biogen erzeugten Gasen (Bioerdgas) beschickt, könnte auch hier Klimaneutralität erreicht werden. Der Neubau von Gaskraftwerken und der Einsatz von Gasturbinen ist deshalb zwingend mit ihrer Wasserstofffähigkeit verbunden.

      Formen für die Wasserstoffspeicherung

      Wasserstoff lässt sich in gasförmiger Form in stationären Tanks und mobilen Transporttanks für den LKW-Transport speichern. Normale Tankstellen können mit unterirdischen H2-Speichern und H2-Zapfsäulen ausgerüstet werden. 

      Wasserstoff lässt sich für Transportzwecke verflüssigen. Dazu wird er unter großem Energieaufwand auf unter -253 °C abgekühlt und in Kryotanks gespeichert. 

      Eine alternative Methode der Wasserstoffspeicherung ist die Speicherung in chemisch gebundener Form, z.B. mittels Metallhydriden oder sogenannter LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier, deutsch: flüssige organische Wasserstoffträger). In Power-to-Gas-Anlagen kann durch Methanisierung ein synthetisches Erdgas oder daraus ein flüssiger Kraftstoff produziert werden. 

      Wasserstofftransport
      Wasserstoff wird gegenwärtig in begrenzten Mengen (ca. 2% bis zu 10%) in das Erdgasnetz eingespeist, das ist per Regelwerk festgelegt. Projekte und Tests zeigen aber, dass die bestehenden Erdgasleitungen grundsätzlich geeignet sind höhere Anteile (mind. 30%) an Wasserstoff und in Zukunft bis zu 100% zu transportieren (vgl.: ENBW).
      Allerdings beansprucht Wasserstoff das Material der Transportrohre (Stahl) deutlich stärker als der Erdgastransport. Es bedarf technischer Inspektionen zur Rohrnetzkontrolle und einiger Anpassungen wie die Ertüchtigung einzelner Einbauteile oder Stationselemente (vgl.: DVGW 2023).
      Anstelle des Neubaus eines komplett separaten Wasserstoffnetzes könnte das ca. 550.000 km lange deutsche Erdgasnetz mittels Gesamtkosten von rund 30 Mrd. Euro für den Transport von Wasserstoff umgerüstet werden (vgl.: DVGW PR Mitteilung vom 28.03.23). Das geplante Wasserstoff-Kernnetz von schrittweise 9.040 Kilometern sieht sowohl die Umwidmung bestehender Erdgasleitungen als auch den Neubau von Pipelines vor (vgl.: BMWI 2024).

      Deutschland schafft gegenwärtig eine neue Wasserstoffinfrastruktur. Dazu zählt, das bestehende landesweite Erdgasnetz mit der neuen Wasserstoffinfrastruktur zu vernetzen. Die gesetzliche Grundlage für die Schaffung eines Wasserstoff-Kernnetzes bis 2032 ist das Dritte Gesetzes zur Änderung des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG), es enthält Regelungen zum Finanzierungskonzept für das Wasserstoff-Kernnetz (§ 28r). Im zweiten Schritt erfolgt die Erstellung eines integrierten Nationalen Entwicklungsplans Gas und Wasserstoff (Novelle der §§15 a ff. Energiewirtschaftsgesetz).

      Die Errichtung von Wasserstoffleitungen wird landesübergreifend im Europäischen Verbund erfolgen, z.B. grenzüberschreitend mit Frankreich an der Saarländischen Grenze. Das bereits erwähnte aufzubauende Wasserstoff-Kernnetz mit rund 9.700 Kilometern an Leitungen besteht zu rund 60% aus umgestellten Leitungen aus dem bestehenden Erdgasnetz und zu 40% aus Neubauleitungen. Die Einspeise- bzw. Ausspeisekapazitäten des Kernnetzes betragen rund 100 GW bzw. 87 GW (vgl.: FNB 2024). Das Wasserstoff-Kernnetz wird, angefangen mit der ersten Leitungsumstellung im Jahr 2025, sukzessive bis 2032 aufgebaut.

      Der in Deutschland nicht ausreichend zur Verfügung stehende Grünstrom erfordert sowohl den Wasserstoffimport über die Leitungsnetze als auch dem Transport in gasförmiger oder verflüssigter Form. Der Transport bzw. die Weiternutzung von Wasserstoff ist grundsätzlich in folgender Form möglich:





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