Wasserstoff braucht zum Erfolg eine gute Infrastruktur

Nicht nur der kürzlich von der Bundesregierung eröffnete massive Ausbau von Offshore-Windkraft in Nord- und Ostsee über die Vorlage des Wind-auf-See-Gesetzes (WindSeeG) wird in naher Zukunft die Dringlichkeit der Wasserstoffproduktion noch erhöhen. Mit der Produktion wird damit aber auch der Transport von Wasserstoff an Bedeutung gewinnen.

Energieversorger und -handel sowie die Transportbranche in diesem Sektor tun gut daran, eine vorausschauende Wasserstoff-Infrastruktur aufzubauen. Denn neben der Produktion von Wasserstoff werden die Beschaffung und der Transport eine Schlüsselrolle einnehmen. Vorteile werden diejenigen haben, die große Mengen punktgenau transportieren können, national und auch international zu niedrigen Kosten, und einen guten Payload erzielen.

Die heutige Situation beim Transport

Aufgrund nicht vorhandener Pipelines findet der Wasserstoff-Transport heute hauptsächlich über die Straße statt. Transportiert wird das Gas in klassischen Stahlbehältern, entweder in vertikal angeordneten Zylindern oder horizontalen Stahlröhren, die pyramidisch auf das Chassis eines Lkw gebaut sind. Stahl ist zwar ein vergleichsweise günstiges Material, hat aber den Nachteil seines großen Eigengewichts. Außerdem besitzt er nur eine vergleichsweise geringe Zyklenzahl (Befüllen-Entladen-Wiederbefüllen), nach welcher der Transportbehälter wegen Materialermüdung ausgetauscht werden muss. Zwar ist der hier verwendete Stahl von besonderer Güte, weil Wasserstoff-Moleküle sehr klein sind und eben nicht entweichen dürfen, zumal sie in diesen Behältern üblicherweise auf 200 – 300 bar komprimiert sind. Das Material versprödet aber trotzdem mit der Zeit. Wenn man 1 t Wasserstoff auf diese herkömmliche Weise auf der Straße transportieren möchte, dann ist das in Deutschland zugelassene LkW-Gesamthöchstgewicht von 40 t schnell erreicht.

Die heutige Situation bei der Nutzung, Beispiel Tanken (Mobility)

Die Elektromobilität wird derzeit in Deutschland forciert. Darüber ist die Brennstoffzelle im Mobility-Bereich als Alternative etwas an den Rand geraten. Doch hat man dem Wasserstoff zumindest im Güterverkehr weiter gewisse Aufmerksamkeit gezollt. Nun zieht auch das generelle Interesse an der Brennstoffzelle im Mobility-Bereich wieder an.

Aber beim Wasserstoff gibt es, wie bei der Elektromobilität, das Henne-Ei-Problem. Das Interesse wächst, wenn die Infrastruktur attraktiv ist – die Infrastruktur wird aber nur dann aufgebaut, wenn ausreichend Nachfrage in Sicht ist. Der Bau einer Tankstelle muss sich lohnen. Beim Wasserstoff-Tanken muss der gelieferte Wasserstoff derzeit nachverdichtet werden, um den Tankkomfort (Zeit) sowie das Maximal-Ziel (Volltanken) zu erzielen. Je nachdem, um was für einen Fahrzeugtyp es sich handelt und um welche Tanksituation, müssen Drücke in Stufungen von bis zu 700 bar aufgebaut werden. Komfortables Tanken für die Kunden wird je nach Situation und Menge damit für den Tankstellen-Betreiber auch zu einem Druckmanagement. Das wird zwar von stationären Kompressoren arrangiert. Aber diese müssen stets erst wieder nachliefern. Wenn Wasserstoff bereits mit höherem Vordruck angeliefert werden könnte, kann das einen Kompressor zwar nicht ersetzen, aber ihn doch entlasten.

Neue Lösungen

Und solche Lösungen gibt es. Für die Straße gibt es bereits innovative Transport-Lösungen, die z. B. materialtechnisch u. a. mit Kohlefasern arbeiten. Solche Lösungen zeichnen sich durch hohe Zyklenzahlen der Behälter aus, denn das Material ermüdet praktisch nicht, sie besitzen ein vergleichsweise geringes Gewicht – Gewichteinsparungen von um die 60 % sind möglich im Vergleich zu Stahl – und die Behälter halten deutlich höhere Drücke aus, so dass der angelieferte Wasserstoff schon gleich auf einem höheren Druckniveau ist, als heute üblich. Ihr Nachteil ist, dass die Behälter teurer sind. In der Summe kann aber ein höherer Payload pro Fahrt resultieren, weshalb immer eine konkrete TCO-Analyse zu empfehlen ist.

Komplexes Feld

Produktion, Beschaffung und Transport von Wasserstoff werden in Zukunft nicht allein national ausgerichtet sein, denn die Mengenbedürfnisse, die Strukturen und Eigenarten der vier Energiesektoren Industrie, Verkehr, Haushalte und Gewerbe sind zu unterschiedlich als dass es einheitliche Lösungen geben kann. National werden auch neue Verteilmöglichkeiten auszudiskutieren und zu erproben sein. Eine aktuelle Studie der Deutschen Bahn im Auftrag der Landesenergieagentur Hessen kommt beispielsweise zu dem Ergebnis, dass Wasserstoff in großen Mengen mit der Bahn transportiert werden könnte. Doch bislang fehlt es im Schienenverkehr an geeigneten Transportbehältern.

Doch auch die internationale Wasserstoff-Produktion stellt sich auf. So will Australien, das Ende November 2019 seine Nationale Wasserstoffstrategie (NWS) verabschiedete, ab 2025 die ersten kommerziell ausgerichteten Großanlagen bauen. Per Schiff soll dann der Wasserstoff in alle Welt transportiert werden. Problematisch ist dabei, dass die in der australischen NWS vereinbarte Technologieoffenheit die Möglichkeit beinhaltet, den Wasserstoff auch aus Kohle zu gewinnen. Die Perspektive sollte aber auf grünem Wasserstoff liegen und anderer Wasserstoff vermieden werden. Hier ergibt sich für alle Beteiligten im Rahmen des Klimawandels auch beim Wasserstoff eine Legitimation gegenüber Kunden, wie man sie heute schon auf anderen Feldern kennt, z. B. beim Strom. Die im Bau befindliche Erdgaspipeline Nord Stream 2 ist ein Beispiel für diese immer zu diskutierende Ambivalenz: Technisch interessant, dass statt Wasserstoff auch durch Erdgas-Leitungen fluten könnte. Klimapolitisch fragwürdig, dass dieser Wasserstoff dann wahrscheinlich aus Erdgas erzeugt wird.


Quellen
(1) „Wasserstofflogistik – verteilen, speichern und betanken“, FVS-Themen 2004, Forschungsverbund erneuerbare Energien, fvee.de
(2) Erdgas Schwaben
(3) Wikipedia.de
(4) Emcel.com
(5) Deutsche Bahn AG, deutschebahn.com
(6) Germany Trade & Invest, gtai.de