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Über Land, unter der Erde oder durch das Meer

Speicher und Transportmöglichkeiten für Wasserstoff

Wasserstoff lässt sich auf vielerlei Weise speichern und transportieren. Welche Lösung am sinnvollsten ist, hängt vor allem von der Speichermenge und der Transportdistanz ab.

Eigentlich ist Wasserstoff ein hervorragender Energiespeicher: Bezogen auf sein Gewicht ist sein Energiegehalt weit höher als etwa der von Kohle, Erdgas oder Benzin; von Batterien gar nicht zu reden. Wäre da nicht seine geringe volumenbezogene Energiedichte – unter natürlichen Bedingungen nimmt Wasserstoff so viel Raum ein wie kein anderes Speichermedium mit gleichem Energiegehalt. Dazu kommt, dass er als das leichteste Element des Universums sehr flüchtig ist. So gut also Wasserstoff Energie speichern kann, so anspruchsvoll ist es, ihn selbst zu speichern, etwa für den Transport.

Speicherkonzepte

Beim Speichern kommt es vor allem darauf an, das Volumen des Wasserstoffs zu reduzieren. Das gelingt zum Beispiel, indem man ihn unter hohen Druck setzt, sodass er sich in speziellen Tanks, Containern oder Gasflaschen speichern lässt. Je größer der Druck ist, desto mehr Wasserstoff können die Behälter bei gleichbleibender Größe aufnehmen. Der Druckaufbau benötigt jedoch Energie – bei 700 bar etwa sind es zwölf Prozent der Menge, die im zu verdichtenden Wasserstoff enthalten ist.

Mit geringerem Druck können dagegen unterirdische Kavernenspeicher befüllt werden, in denen sich sehr große Mengen an Wasserstoff nahezu verlustfrei für längere Zeiträume lagern lassen. Insbesondere Salzgestein eignet sich dafür gut, da es viele Hohlräume enthält und zugleich undurchlässig für Gase und Flüssigkeiten ist. Daher wird dieses Gestein schon seit Jahrzehnten als Erdgas-Speicher genutzt. Mit der Speicherung von Wasserstoff in Kavernen ist es etwa möglich, saisonale Schwankungen bei der Erzeugung von Strom aus erneuerbaren Quellen auszugleichen. Ein solcher Speicher soll im Rahmen des Reallabors Westküste 100 in einer Salzkaverne bei Heide entstehen.

Eine Alternative zur Komprimierung ist die Verflüssigung des Wasserstoffs. Er kann dann in Flüssiggastanks gelagert und transportiert werden, etwa per LKW. Dieses Verfahren hat vor allem deshalb Charme, weil flüssiger Wasserstoff bezogen auf das Volumen eine weit höhere Speicherdichte hat als komprimierter – das spart Platz. Allerdings ist die Verflüssigung mit erheblichem Energieaufwand verbunden, da der Wasserstoff erst bei minus 253 Grad Celsius in die flüssige Phase übergeht. Rund 25 bis 35 Prozent der Energiemenge des Wasserstoffs müssen dafür aufgewendet werden. Zudem verdampfen geringe Mengen Wasserstoff während der Speicherung im Tank.

Eine weitere Möglichkeit liegt darin, Wasserstoff an ein flüssiges organisches Trägermaterial (Liquid Organic Hydrogen Carrier, kurz LOHC) zu binden. Das erfolgt mittels einer chemischen Reaktion, bei der Wärme freigesetzt wird. Um den Wasserstoff wieder zu lösen, muss Wärme zugeführt werden. Die Effizienz dieses Speichers hängt davon ab, ob die bei der Bindung freigesetzte Wärme noch für andere Zwecke genutzt werden kann beziehungsweise für das Lösen des Wasserstoffs industrielle Abwärme verfügbar ist.

Auch das ebenso einfach zu lagernde und transportierende Ammoniak lässt sich nutzen, um Wasserstoff zu speichern – handelt es sich dabei doch um eine Stickstoff-Wasserstoff-Verbindung, die mit hohen Temperaturen und Drücken im Haber-Bosch-Verfahren hergestellt wird. Um diesen Speicher zu entladen, trennen sogenannte Cracker den Wasserstoff und den Stickstoff wieder voneinander.

Transportoptionen

Kleinere Mengen an Wasserstoff werden heute per LKW transportiert, mithilfe von Druckbehältern für gasförmigen oder von Tanks für verflüssigten Wasserstoff. Beim nordfriesischen Projekt eFarm zum Beispiel bringen LKWs gasförmigen Wasserstoff in mobilen Containern von den Elektrolyseuren zu den beteiligten Tankstellen. Auch LOHC und Ammoniak lassen sich mit Tank-LKWs befördern. 

Alternativ wird Wasserstoff heute auch per Pipeline transportiert. Dazu muss er unter geringen Druck gesetzt werden. Bislang gibt es in Deutschland mehrere kleine Wasserstoff-Netze mit einer Gesamtlänge von 400 Kilometern. Um die Netz-Infrastruktur zu erweitern, könnten vorhandene Erdgasleitungen ohne allzu großen Aufwand auf den Transport von Wasserstoff umgestellt werden. Das geht aus einer Untersuchung europäischer Gasversorger hervor. Danach sind 96 Prozent der Leitungen in den europäischen Verteilnetzen aus einem Material, das die Umrüstung auf reinen Wasserstoff erlaubt. Allerdings müssen wohl Komponenten wie Anschlüsse, Ventile oder Verdichter nachgerüstet werden. Wie groß der Bedarf hier konkret ist, evaluieren die Versorger derzeit.

Für Wasserstoff-Importe aus Übersee sind auch Schiffe eine Option. Das setzt aber derzeit noch voraus, dass der Wasserstoff in LOHC oder Ammoniak gebunden ist. Grund dafür ist, dass weltweit erst ein einziges Schiff zur Verfügung steht, das verflüssigten Wasserstoff befördern kann. Aufgrund der deutlich geringeren volumenbezogenen Energiedichte – die einen sehr hohen Platzbedarf zur Folge hat – ist der Transport von komprimiertem gasförmigem Wasserstoff per Schiff keine Alternative.

Kosten und Wirtschaftlichkeit

Welche Transportvariante die geringsten Kosten verursacht, hängt in hohem Maße davon ab, wie viel Wasserstoff über welche Strecken transportiert werden soll. 

Einer vom Ministerium für Energiewende, Landwirtschaft, Umwelt, Natur und Digitalisierung des Landes Schleswig-Holstein in Auftrag gegebenen Studie zufolge ist bei geringen Mengen und kurzen Entfernungen der LKW-Transport von gasförmigem Wasserstoff die wirtschaftlichste Lösung. Tank-LKWs für verflüssigten Wasserstoff sind ab Strecken über 300 Kilometer sinnvoll, bei größeren Mengen und Entfernungen ist die Beförderung per Pipelinein der Regel die wirtschaftlichste Variante.

Der Schiffstransport dagegen ist wegen der hohen Kosten für das Binden des Wasserstoffs in LOHC oder Ammoniak erst bei Distanzen von mehreren tausend Kilometern eine Option, wie verschiedene Studien zeigen. Allerdings könnten Schiffe unter Umständen auch bei etwas kürzeren Entfernungen wertvolle Dienste leisten – nämlich als Zwischenlösung für den Zeitraum, der nötig ist, um Pipelines zu verlegen.

Autor: Ralph Diermann

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