Die unsichtbare Lücke beim Wasserstoff

Chingis Idrissov ist Technologie-Analyst bei IDTechEx. In diesem Gastbeitrag befasst er sich mit dem Thema Wasserstoffspeicher- und -verteilungstechnologien, untersucht deren Anwendungsfälle und hebt die jüngsten kommerziellen Aktivitäten in diesem Bereich hervor. Eine eingehendere Untersuchung der einzelnen Technologien und der damit verbundenen kommerziellen Aktivitäten finden Sie im neuen Marktbericht von IDTechEx, „Wasserstoffwirtschaft 2023-2033: Produktion, Speicherung, Vertrieb und Anwendungen„.

In den letzten Jahren haben sich das Interesse und die Aktivitäten im Wasserstoffsektor beschleunigt, da die Regierungen die Rolle des Wasserstoffs bei der Energiewende erkannt haben und Unternehmen weltweit die sich bietenden Marktchancen durch die Bereitstellung von Dienstleistungen, Produkten, Technologien und Projekten nutzen. Während die Entwicklung von kohlenstoffarmen Wasserstoffproduktionsanlagen (sowohl grün als auch blau) und die Weiterentwicklung von Brennstoffzellentechnologien und industriellen Anwendungsfällen von Wasserstoff im Vordergrund stehen, wird die für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff benötigte Midstream-Infrastruktur oft weniger berücksichtigt.

Die Entwicklung dieses kritischen Glieds der Wertschöpfungskette ist von entscheidender Bedeutung, um das volle Potenzial von Wasserstoff als industrieller Rohstoff, Kraftstoff und Energieträger auszuschöpfen und die Lücke zwischen Produktion und Verbrauch zu schließen. Es gibt ein breites Spektrum an Lösungen für den Transport und die Speicherung von Wasserstoff.

Überblick über die Wasserstoff-Wertschöpfungskette. Quelle: IDTechEx

Der Bedarf an Speicherung und Verteilung von Wasserstoff

Trotz seiner beeindruckenden gravimetrischen Energiedichte besteht eine der größten Herausforderungen bei Wasserstoff in der Komplexität seiner Speicherung und seines Transports. Dies ist auf seine extrem niedrige Dichte bei Umgebungsbedingungen zurückzuführen, die zu einer geringen volumetrischen Energiedichte führt. Folglich ist eine erhebliche Kompression (100 bis 700 bar) oder Verflüssigung bei einem extremen Siedepunkt von -253 °C erforderlich, um die volumetrische Energiedichte für die Speicherung und den Transport angemessener Mengen zu erhöhen.

Wasserstoffspeicheroptionen und ihre Anwendungsfälle

Es gibt viele Lösungen, aber die optimale Wahl hängt von der Speichergröße und der Anwendung ab. Druckgas- und Flüssigwasserstoffspeicher werden wahrscheinlich weiterhin für stationäre Speicheranwendungen wie Wasserstofftankstellen verwendet werden. Flüssigwasserstoffkugeln können zur Speicherung großer Mengen an Produktionsstandorten und Import-/Exportterminals verwendet werden. Etablierte Unternehmen wie Tenaris (Druckgasspeicher), Chart Industries (Flüssigwasserstofftanks₂ ) und McDermott CB&I (Flüssigwasserstoff₂Kugelbehälter) bieten diese gut kommerzialisierten Lösungen bereits an.

Druckwasserstofftanks, insbesondere die Verbundwerkstoffe des Typs III und IV, gewinnen auf dem FCEV-Markt zunehmend an Bedeutung, da sie sich am besten für die Speicherung von Wasserstoff an Bord eines Fahrzeugs eignen. Viele FCEVs wie der Hyundai Nexo und der Toyota Mirai verwenden Tanks vom Typ IV, die Wasserstoff bei 700 bar speichern. Es wird erwartet, dass die komprimierte Speicherung in vielen FCEV-Segmenten fortbestehen wird, wobei leichte Fahrzeuge dominieren. Flüssigwasserstofftanks (LH₂ ) bieten jedoch den Vorteil höherer Speicherkapazitäten, was für die schweren Nutzfahrzeugsegmente von Vorteil sein könnte. Daher erproben einige Unternehmen, wie Daimler Truck, den Einsatz von LH₂ .

Wasserstoffverteilungsoptionen und ihre Anwendungsfälle

Derzeit versorgen Anhänger mit komprimiertem und flüssigem Wasserstoff kleinere Anwendungen wie Tankstellen oder Pilotprojekte. Dieser Trend wird sich wahrscheinlich fortsetzen, da groß angelegte Transporte, bei denen eine kontinuierliche Wasserstoffversorgung erforderlich ist, mit diesen Methoden möglicherweise nicht realisierbar sind. Für den Transport von komprimiertem Gas können viele Arten von Behältern verwendet werden, von Typ I bis IV, entwickelt von Unternehmen wie Hexagon Purus. Andere Unternehmen, wie LIFTE H2, nutzen Anhängerkonzepte zur Entwicklung mobiler Betankungsanlagen, die das Fehlen einer Wasserstofftankstelle ausgleichen können.

Für den Transport in größerem Maßstab und über größere Entfernungen werden Pipelines erforderlich sein, die entweder direkt von der Produktion zu den Endverbrauchern führen oder in Pipelinenetze einspeisen. Der Bau neuer Pipelines ist geplant, und einige Projekte wie die HyNet North West Hydrogen Pipeline sind bereits in Arbeit. Die Wiederverwendung von Erdgaspipelines ist eine Möglichkeit, erfordert jedoch umfangreiche Simulationen, Tests und Risikobewertungen, um geeignete Pipelines zu ermitteln.

Die europäische Wasserstoff-Backbone-Initiative ist eine führende Initiative zur Entwicklung eines groß angelegten Pipeline-Netzes, an der über 30 Betreiber beteiligt sind – viele der zu verwendenden Pipelines sollen aus bestehenden Netzen umgenutzt werden. Die Beimischung von Wasserstoff zu Erdgas ist ebenfalls ein beliebtes Thema, da dies eine Möglichkeit zur teilweisen Dekarbonisierung des Wärme- und Stromsektors darstellt. Projekte wie HyDeploy haben bewiesen, dass eine Beimischung von 20 Vol% in bestehenden Pipelines sicher ist. Ein höherer Prozentsatz an Wasserstoffbeimischungen erfordert jedoch die Umrüstung vieler Geräte und Anlagen in Privathaushalten und Industrie.