Ein Wasserstoffnetz für Deutschland und Europa – Lebensadern für den Klimaschutz

Wasserstoff gilt gemeinhin als Schlüssel für die Energiewende. Aber wie kommt das grüne Gas vom Hersteller zum Nutzer? Denn die begünstigten Produktionsstandorte mit viel Wind und Sonne liegen häufig weit entfernt von den Industrieregionen mit hohem Bedarf. Darüber, wie sich Wasserstoff am effektivsten transportieren lässt, wird intensiv diskutiert. Eine Bestandsaufnahme.

Grünes Ammoniak als Energieträger in der Schifffahrt

Nach Ansicht der meisten Experten kann und wird grüner Wasserstoff einen wesentlichen Beitrag zu einer sauberen und nachhaltigen Energiewirtschaft leisten. Wasserstoff ist nicht nur als Kraft- und Brennstoff sowie als Energiespeicher, sondern auch als chemischer Rohstoff, vielfältig einsetzbar – ganz ähnlich wie Öl. Gerade in der Industrie sowie im Schwerlastverkehr kann Wasserstoff zur Dekarbonisierung beitragen. So ist es auch in den jeweiligen Wasserstoff-Strategien der EU und Deutschlands verankert.

So lässt sich Wasserstoff transportieren

Damit Wasserstoff seine Wirkung für die Energiewende voll entfalten kann, muss frühzeitig eine flächendeckende Infrastruktur für die Versorgung geplant und umgesetzt werden. Der Transport des Elements ist allerdings nicht trivial, da für eine hohe Energiedichte entweder hohe Drücke oder tiefkalte Temperaturen notwendig sind.

  • Gasförmig im Druckbehälter: Derzeit wird Wasserstoff – beispielsweise als Kraftstoff für H2-Tankstellen – meist als verdichtetes Gas in speziellen Druckbehältern per Lkw von A nach B gebracht. Der Druck liegt in der Regel bei 200 bis 300 bar, könnte aber auch höher sein, dann würde mehr Wasserstoff in den Behälter passen. Die Kapazitäten dieses Transportweges sind aber stark beschränkt. Typische Drücke in der mobilen Anwendung liegen beispielsweise in Brennstoffzellen-Fahrzeugen bei 350 bar (LKW) oder 700 bar (PKW).
  • Flüssig im Tank: Bei Temperaturen von -253 Grad Celsius wird der gasförmige Wasserstoff flüssig. Im Vergleich zum gasförmigen Wasserstoff, können in verflüssigter Form größere Mengen bei gleichem Volumen transportiert werden. Die technischen Herausforderungen sind wegen der niedrigen Temperaturen aber groß und der Energieaufwand für die Verflüssigung des Gases ist ebenfalls sehr hoch. Alternativ kann grüner Wasserstoff zum Beispiel in Trägermedien wie Ammoniak oder LOHC gebunden und am Einsatzort wieder zurück verwandelt werden. Beide Möglichkeiten sind aber bislang nicht wirtschaftlich darstellbar. Eine weitere Option ist die Weiterverarbeitung zu einem Kohlenwasserstoff, der wie sein fossiles Pendant in bereits bestehende Infrastruktur gelagert und transportiert werden kann. Mit dem Produktionsverfahren können zugleich anwendungsspezifische Eigenschaften so eingestellt werden, dass solche Produkte herkömmliche Brenn- und Kraftstoffe substituieren können. Erzeugt und nutzt man den Kohlenstoff in einem geschlossenen Kreislauf, sind auch diese sogenannten Wasserstoffderivate CO2-neutral.
  • Gasförmig per Pipeline: Über große Distanzen lässt sich Wasserstoff am effizientesten per Pipeline transportieren, in denen das Gas in großen Mengen fließen kann. Der Druck kann zwischen 20 unter 100 bar liegen – ähnlich wie in heutigen Gaspipelines.

Pläne für ein deutsches Wasserstoffnetz

Wasserstoff kann mit konventionellem Erdgas gemischt werden und dann einfach in den vorhandenen Pipelines transportiert werden. Derzeit ist eine Beimischung von bis zu 10 Prozent erlaubt. Um grünen Wasserstoff im großen Stil in Deutschland nutzen zu können, wird aus Experten-Sicht aber ein separates H2-Leitungsnetz geben müssen. Erste Wasserstoff-Pipelines existieren bereits – insbesondere Industrie-Standorte, die schon heute einen hohen Wasserstoffbedarf haben, verfügen über entsprechende Leitungen. Auch bestehende Erdgasfernleitungen können in der Regel auf Wasserstoff umgerüstet werden.
Die Bundesregierung und die großen Gasnetzbetreiber haben das Ziel, ein deutschlandweites, öffentliches Wasserstoffnetz zu etablieren. Heißt: Jeder, der Wasserstoff erzeugt oder einspeist und jeder Abnehmer hat zu den gleichen Bedingungen und Entgelten Zugang zu dem Netz, so wie beim heutigen Erdgasnetz.

Szenarien für ein deutsches Wasserstoffnetz 2030 und 2050

Die Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber (FNB Gas) hat Szenarien entwickelt, wie ein solches Netz in 2030 und 2050 aussehen kann: Das H2-Netz 2030 ist etwa 5.100 km lang, von denen rund 3.700 Leitungskilometer auf umgestellten Gasleitungen basieren. Es berücksichtigt das in der Nationalen Wasserstoffstrategie festgelegte Mengenziel für die nationalen Wasserstoffbedarfe in einer Größenordnung von 90 bis 110 TWh. Die Investitionskosten bis zum Jahr 2030 belaufen sich laut FNB-Schätzungen auf etwa 6 Mrd. Euro.

Die Planungen für das Wasserstoffnetz 2050 berücksichtigt die Transportbedarfe von Wasserstoff für einen klimaneutralen Zielzustand im Jahr 2050 – durch eine Anpassung der entsprechenden Planungszeiträume ließe sich das jedoch auch bereits bis zum Jahr 2045 realisieren. Das H2-Netz 2050 ist etwa 13.300 km lang, von denen rund 11.000 Leitungskilometer auf umgestellten Gasleitungen basieren. Die Kostenabschätzung für die Wasserstoffinfrastruktur zeigt, dass sich ein leistungsfähiges Wasserstofftransportnetz vergleichsweise kostengünstig realisieren ließe. Laut FNB belaufen sich die Investitionskosten bis zum Jahr 2050 auf etwa 18 Mrd. Euro.

Bild: FNB Gas e.V.

Projekte für die deutsche Wasserstoffwirtschaft

Bund und Länder fördern zahlreiche Projekte, mit der die gesamte Wertschöpfungskette des Wasserstoffmarktes abgebildet werden: Erzeugung und Infrastruktur sowie Nutzung in Industrie und Mobilität. Dieser Beitrag mit interaktiver Karte auf chemietechnik.de gibt einen guten Überblick über die wichtigsten Wasserstoff-Projekte in Deutschland.
Ein großes Verbundprojekt, das sich unter anderem mit der Umsetzung der FNB-Pläne für das Wasserstoffnetz beschäftigt, ist Get H2 Nukleus. Große Unternehmen wie BP, Evonik, Nowega, OGE, RWE, uniper, thyssenkrupp, u.a. wollen die erste öffentlich zugängliche Wasserstoff-Infrastruktur aufbauen wollen. Zunächst werden die maßgeblichen Standorte von Raffinerien, Stahlwerken und der chemischer Industrie als Großverbraucher von Wasserstoff miteinander verbunden. Das Wasserstoffnetz ist außerdem Grundlage für eine flächendeckende Versorgung von Wasserstofftankstellen.

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Pläne für europaweiten Transport von Wasserstoff

Auch für ein europäisches Wasserstoffnetz gibt es bereits Pläne: Im Rahmen der Initiative „European Hydrogen Backbone“ haben sich 31 Energieinfrastrukturbetreiber zusammen geschlossen um eine Wasserstoffinfrastruktur, basierend auf bestehenden und neuen Pipelines, zu planen.
Das 53.000 km lange „European Hydrogen Backbone“ für 2040, wie es von der Initiative vorgeschlagen wird, erfordert eine geschätzte Gesamtinvestition von 80 bis 143 Milliarden Euro, basierend auf der Nutzung von 60 Prozent umfunktionierten Erdgaspipelines und 40 Prozent neuer Pipelinestrecken. Diese Schätzung der Investitionskosten, die im Gesamtkontext der europäischen Energiewende relativ überschaubar sind, umfasst Unterwasserpipelines und Verbindungsleitungen, die Länder mit Offshore-Energiezentren und potenziellen Exportregionen wie Norwegen verbinden.

Grünes Ammoniak als klimaneutraler Rohstoff für Düngemittel

Bild: European Hydrogen Backbone Inititaive 2021

Detailplanung muss nun erfolgen

Die Entwicklung eines Wasserstoffnetzes, wie in den Szenarien für Deutschland und Europa dargestellt, ist bisher nicht mehr als eine Vision. Neben der politischen Unterstützung bei der Entwicklung von Wasserstoffmärkten und der Ausweitung der Wasserstoffversorgung sind weitere detaillierte Modellierungen und Studien erforderlich, um die Form, Größe und Ordnung der Wasserstoffinfrastruktur zu definieren.

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