LIHYP – LINKING HYDROGEN POWER POTENTIALS

LIHYP – LINKING HYDROGEN POWER POTENTIALS

PROJEKTE

Credit DBT Inga HaarQuelle: NWN/Rainer Jensen
Pilotprojekte in den Niederlanden, Dänemark, Frankreich, Belgien und Deutschland sollen Grundsteine für weitere Vorhaben legen.

Internationale Kooperationen sind der einzige Weg nach vorne für die Energiewende, die dringlicher denn je geworden ist. Durch die Bündelung von Willenskraft, Wissen und Best Practices im Rahmen des LIHYP-Projekts werden die notwendigen Werkzeuge geschaffen, die effektiv zu einer nachhaltigen, sicheren und autonomen Energiezukunft beitragen werden. Europäische Zusammenarbeit von seiner besten Seite!

Ingrid Klinge

Lead Partner und Projektkoordinatorin von LiHYP, New Energy Coalition – NL

LIHYP – Linking Hydrogen Power Potentials

„Zusammenführung von Akteuren zum Aufbau einer regionalen Wasserstoffwirtschaft in der Nordseeregion“ – Das ist das Motto des Projekts „LIHYP“: In den Niederlanden, Belgien, Dänemark, Frankreich und Deutschland sollen verschiedene Pilotprojekte zur Nutzung von Wasserstoff durchgeführt werden, z. B. Wasserstoff-Lastenfahrräder, wasserstoffbetriebene Güterzüge, Wasserstoff-Busstationen und Living Labs. Außerdem wird eine Wasserstoffplattform für die Nordseeregion eingerichtet, um die relevanten Interessengruppen zu vernetzen, und es wird eine solide Datenbank für Nachfrage, Produktion und Angebot von Wasserstoff geschaffen.

Mit Offshore-Drehkreuzen und jüngsten Vereinbarungen zwischen den Nordseeanrainerstaaten über hybride Offshore-Kooperationsprojekte, die zum „grünen Kraftwerk Europas“ werden sollen, versucht die Region, die EU mit grünem Strom zu versorgen und die Abhängigkeit von Importen zu verringern. Trotz zahlreicher europäischer Initiativen zur regionalen H2-Entwicklung, die durch nationale und EU-Programme unterstützt werden, konzentrieren sich nur wenige auf den Wissensaustausch und die interregionale Optimierung.

LIHYP schließt diese Lücke, indem es eine intensive Zusammenarbeit zwischen den regionalen Akteuren entlang der Nordsee fördert und sie über die gesamte Wasserstoff-Wertschöpfungskette hinweg für den Austausch von Know-how und die Zusammenarbeit zwischen Entscheidungsträgern, Umsetzern und Investoren verbindet.

 

Planmäßig soll das gesamte Projekt bis Januar 2027 laufen. Die Roadmap, die fürs Gesamtprojekt erstellt wird, hat einen Zeithorizont bis 2030.

Das Gesamtprojekt wird in vier Arbeitspaketen (=Work Packages) und fünf Teilprojekten aufgeteilt:

Arbeitspakete

WP 1 – Wegweisende Zusammenarbeit im Bereich Wasserstoff: Start der NSR-Plattform

WP 2 – LIHYP-Pilotaktivitäten: Innovation mit H2-Demonstratoren vorantreiben

WP 3 – Harmonisierung der Vorschriften für die Integration von grünem Wasserstoff

WP 4 – Verwirklichung interregionaler dynamischer H2-Roadmaps

 

Teilprojekte

Gent, Belgien: Living Lab Belgium

Groningen, Niederlande: Hydrogen Valley Airport – Groningen Airport Eelde

Oldenburg, Deutschland: Development of a local Energy HUB for city cargo

Handest Hede, Dänemark: Hydrogen Refueling Station connected directly Wind/PV site

Bentheim, Deutschland: Hydrogen driven freight train in the cross-border region DE/NL

 

Als Niedersächsisches Wasserstoffnetzwerk gehen wir hier genauer auf die niedersächsischen Projekte ein.

Entwicklung einer lokalen Energiedrehscheibe für die innerstädtische Logistik

Quelle: LIHYP
Im Fokus des Pilotprojektes aus Oldenburg, stehen Brennstoffzellen-Lastenräder, die die innerstädtische Logistik erleichtern sollen.

Brennstoffzellen-Lastenräder für die innerstädtische Logistik ermöglichen längere Einsatzzeiten und Vorteile für den Betreiber. Dieser Nachweis wird im Projekt als technische Demonstration untersucht. Dabei werden sowohl die Versorgung mit grünem Wasserstoff als auch die Bereitstellung untersucht. Darüber hinaus werden Einflüsse der Kraftstoffqualität und deren Befüllung der Tanks für den Einsatz im Fahrzeug konzeptionell und prototypisch umgesetzt. Dabei müssen sowohl behördliche Vorschriften als auch arbeitsrechtliche Vorgaben zum Umgang mit Wasserstoff entsprechend umgesetzt werden.

Neben der Reduzierung der Emissionen und den neuen logistischen Vorteilen soll das Pilotprojekt auch anderen Regionen als Blaupause empfohlen werden können. Zu diesem Zweck wird im Rahmen des Projekts eine angemessene Kommunikation und Präsentation des Konzepts gegenüber interessierten Kreisen gefördert.

 

Wasserstoffbetriebener Güterzug im Grenzgebiet DE/NL

Quelle: AdobeStock_9377671
Im Rahmen des Pilotprojekts aus Bentheim wird eine eingehende Analyse der wirtschaftlichen und ökologischen Machbarkeit von Wasserstoffzügen im Grenzgebiet durchgeführt und der Grundstein für den Einsatz wasserstoffbetriebener Güterzüge in der Grenzregion Nordwestdeutschland – Nördliche Niederlande gelegt.

Der Transport von Gütern ist immer mit dem Ausstoß von Treibhausgasen verbunden. Es gibt unterschiedliche Ansätze, diese Emissionen zu reduzieren, beispielsweise die Kombination verschiedener Transportlösungen (Zug, LKW, Binnenschiffe, Flugzeuge) oder den Einsatz „grüner“ Antriebstechnologien wie batterieelektrische Fahrzeuge.

Obwohl der Gütertransport mit der Bahn im Allgemeinen einen geringen CO2-Fußabdruck hat, nutzen Güterzüge häufig Dieselmotoren, da nicht alle Gleise und insbesondere Güterbahnhöfe nicht vollständig elektrifiziert sind – und grenzüberschreitender Transport selbst auf vollständig elektrifizierten Gleisen nicht immer möglich ist. Für den treibhausgasfreien Gütertransport auf der Schiene sind daher – insbesondere im internationalen Kontext – alternative Antriebslösungen erforderlich.

Doch was ist nötig, um einen grenzüberschreitenden Güterzug mit Wasserstoff zu betreiben? Was sind die technologischen Herausforderungen, wie ist die Wasserstoffversorgung am sinnvollsten und welche Synergien lassen sich in der Region generieren?

Über das Vorhaben hinaus werden die Ergebnisse dazu beitragen, dass weitere Projekte einfacher umgesetzt werden können und erste Schritte zu CO2-neutralen Güterzügen unternommen werden können.

Das Projekt wird im Rahmen des INTERREG-Nordseeprogramms finanziert und ist somit CO-Finanziert von der Europäischen Union.

Mehr Informationen auf der Website.

 

 

 

 

 

Leadpartner

Projektpartner in Deutschland

AEMStack

AEMStack

PROJEKTE

Credit DBT Inga HaarQuelle: NWN/Rainer Jensen
Das Projekt „AEMStack“soll die jeweiligen Vorteile der alkalischen und der PEM-Elektrolyse vereinen. 

Dank dieses Projektes haben wir bereits viele Erkenntnisse erhalten. Wir haben über 100 verschiedene Materialkombinationen getestet und damit eine gute Ausgangsposition erhalten zu der Frage, wie sich bestimmte Membranen im Zusammenspiel mit dem Katalysatoren und den Bipolarplatten verhalten.

Dr. Thorsten Hickmann

Geschäftsführer, Whitecell Eisenhuth GmbH & Co. KG

AEMStack – Effiziente und kostengünstige Elektrolyse

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für den erfolgreichen Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft liegt in der kostengünstigen Produktion von grünem Wasserstoff per Elektrolyse. Derzeit gibt es mit der alkalischen und der Proton Exchange Membrane-Elektrolyse (PEM-Elektrolyse) insbesondere zwei Elektrolyse-Verfahren, die je nach Anwendungsgebiet zum Einsatz kommen. Beide Verfahren haben dabei Vorteile, aber auch Nachteile – weshalb das vom Land Niedersachsen geförderte Forschungsprojekt „AEMStack“ die Vorteile beider Verfahren vereinen und dadurch die kostengünstige Elektrolyse ermöglichen will.  

Derzeit finden insbesondere zwei Verfahren zur Elektrolyse Anwendung: die alkalische und die PEM-Elektrolyse. Beide Verfahren haben gewisse Vorteile, aber auch Nachteile, weshalb es bei der Wahl des „passenden“ Elektrolyse-Verfahrens auf den individuellen Anwendungsfall ankommt. Um die Grundunterschiede der Verfahren darzustellen und die Problemstellung aufzuzeigen, werden in den beiden folgenden Ausklappern die beiden Verfahren und ihre jeweiligen Eigenschaften näher vorgestellt.

Alkalische Elektrolyse

Die alkalische Elektrolyse verwendet eine flüssige Kalilauge als Elektrolyt. Ein Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass kostengünstige Nickel- und Kobaltverbindungen als Katalysatoren verwendet werden können. Die Herstellung und Wartung solcher Elektrolyseure sind vergleichsweise einfach. Allerdings erfordert dieses Verfahren eine umfangreiche Anlagenperipherie und die Notwendigkeit, den produzierten Wasserstoff von Laugenbestandteilen zu reinigen. Zudem müssen Regel- und Messkomponenten speziell auf den Betrieb mit konzentrierter Lauge ausgelegt sein, was die Flexibilität bei schwankenden Lastzuständen einschränken kann.

PEM-Elektrolyse

Die PEM-Elektrolyse verwendet eine protonenleitende Membran als Festelektrolyt. Dies ermöglicht eine äußerst schnelle Reaktionszeit, da Schwankungen im Elektrolysestrom innerhalb von Millisekunden gefolgt werden können. Dadurch sind höhere Stromdichten möglich – zudem ist die Bauweise der PEM-Elektrolyseure im Vergleich zur alkalischen Elektrolyse kompakter. Allerdings sind die Investitionskosten für PEM-Elektrolyseure hoch, da sie korrosionsstabile Zellkomponenten und teure Edelmetallkatalysatoren wie Platin und Iridium erfordern.

Die Wahl zwischen alkalischer und PEM-Elektrolyse hängt daher stark von den spezifischen Anforderungen und Betriebsbedingungen ab. Während die alkalische Elektrolyse günstiger umzusetzen ist, ist die PEM-Elektrolyse bei schwankenden Lastzuständen flexibler. Um die Elektrolyse flexibel, aber dennoch kostengünstig zu gestalten, sollen in dem Vorhaben „AEMStack“ beide Technologien kombiniert werden, um so die jeweiligen Vorteile der Elektrolyse-Verfahren zu vereinen.

Der vorgesehene Elektrolyse-Stack weist sich dabei durch neue Materialkombinationen der Einzelkomponenten aus und soll eine deutliche Kostensenkung bringen – durch den Einsatz der sogenannten Anionen-Austauscher-Membran-Elektrolyse (AEMEL). Bei dieser Technologie werden die Vorteile der alkalischen Elektrolyse, also insbesondere der Einsatz von (kostengünstigen) edelmetallfreien Katalysatoren, mit den Eigenschaften eines PEM-Elektrolyseures – wie z.B. hohe Strom- und Leistungsdichten, Druckbetrieb oder dynamische Lastwechsel – kombiniert.

Quelle: AdobeStock_192820721

Der effizienten Elektrolyse kommt beim Aufbau der Wasserstoffwirtschaft eine wichtige Rolle zu.

Umsetzung erfolgt in 7 Teilzielen

Dieses Gesamtziel soll durch die Umsetzung von 7 Teilzielen gelingen. Diese umfassen die folgenden Schritte:

  1. Arbeitsziel: Entwicklung von Bipolarplatten, die sich durch Langzeitstabilität und eine geringe Korrosion bei guten elektrischen Kontakteigenschaften ausweisen.
  2. Arbeitsziel: Entwicklung der porösen Transportschicht (PTL), die den Stofftransport und die elektrische Leitfähigkeit erleichtert.
  3. Arbeitsziel: Reproduzierbare Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten. Diese müssen sich durch eine hohe Leistungsdichte ausweisen, langzeitstabil sein und mit kommerziell erhältlichen Materialien produzierbar sein.
  4. Arbeitsziel: Aufbau einer Testumgebung für Einzelzellentests
  5. Arbeitsziel: Durchführung von Einzelzellentests zur Beurteilung der elektrochemischen Leistungsfähigkeit und der einzelnen Beiträge zu den Überspannungen
  6. Arbeitsziel: Strukturelle Charakterisierung der Einzelkomponenten vor und nach den Tests. Hierdurch soll die Degradation von Komponenten aufgedeckt werden.
  7. Arbeitsziel: Bau und Test des Stacks.

Projektpartner:

Das Projekt wird vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der Whitecell Eisenhuth GmbH & Co. KG durchgeführt und vom Land Niedersachsen mit etwa 977.000 € gefördert.

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    Wasserstoff-Forschung am Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik

    Wasserstoff-Forschung am Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik

    PROJEKTE

       

    Turbomaschinen für zukünftige Energiewandlungssysteme

    Wasserstoff-Forschung am Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik (Leibniz Universität Hannover)

    Für die Umsetzung der Energiewende spielt erfolgreiche Forschung an Universitäten und Hochschulen eine entscheidende Rolle. Denn die Forschung sorgt für technologische Innovation und hilft dabei, Lösungen für komplexe Herausforderungen zu finden. Zudem trägt die Forschung dazu bei, neue oder verbesserte Produkte und Verfahren zu entwickeln, welche die Wettbewerbsfähigkeit steigern und neue Märkte erschließen können. Dies gilt speziell im Kontext Wasserstoff, da der Aufbau der Wasserstoffwirtschaft noch in den Startlöchern steht. Doch wie sieht die Wasserstoff-Forschung konkret aus? Wir haben beim Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik (TFD) der Leibniz Universität Hannover nachgefragt, wie die Forschung im Themenfeld Wasserstoff am Institut abläuft

    „Die Verwendung von Wasserstoff im Mobilitätssektor ist aktuell sehr gefragt: Insbesondere in Bereichen, in denen eine Elektrifizierung nur schwer möglich ist – also z.B. im Schwerlast-, im Zug- oder Flugverkehr – kann der Einsatz von Wasserstoff für die notwendige Dekarbonisierung des Verkehrs sorgen“, so Prof. Seume, Leiter des Instituts für Turbomaschinen und Fluid -Dynamik (TFD).

    Sogenannte Turbomaschinen sind in diesem Kontext wichtige Komponenten, um den Wirkungsgrad und die Leistungsdichte bei der Wasserstoff-Nutzung zu verbessern und demzufolge Emissionen zu reduzieren. Das Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik (TFD) der Leibniz Universität Hannover forscht dazu an vielfältigen Projekten, in denen der effiziente Wasserstoff-Einsatz geprüft wird – sei es chemisch umgesetzt in der PEM-Brennstoffzelle oder verbrannt in Wasserstoff-Motoren und Flugzeugtriebwerken. Die vielfältigen Forschungsgebiete im Kontext Wasserstoff betont auch Dr. Dajan Mimic, Gruppenleiter Axialverdichter im TFD: „Die Themen Wasserstoff und Turbomaschinen sind vielfältig verknüpft. Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von Wasserstoff-betriebenen Gasturbinen über Brennstoffzellen-Luftversorgungssysteme bis hin zur vollständigen Integration von Brennstoffzellen in hybride Flugtriebwerksarchitekturen.“

    Wasserstoff im Fokus zahlreicher Forschungsprojekte

    Die Vielfältigkeit der Wasserstoff-Forschung wird auch bei einem Blick auf die Forschungsprojekte deutlich, die am TFD umgesetzt werden. Im Jahr 2021 wurde das vom Land Niedersachsen geförderte Forschungskonsortium „Nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte (WaVe)“ gestartet. Im Rahmen des Projektes untersucht das TFD Möglichkeiten der sogenannten Hochaufladung von Wasserstoff-Motoren. Motivation ist es, die Verbrennungstemperaturen durch einen großen Luftüberschuss zu reduzieren und dadurch Stickoxidemissionen nahezu gänzlich zu vermeiden. Hierdurch können saubere Wasserstoff-Verbrennungsmotoren entwickelt werden, die den schadstofffreien Einsatz von Wasserstoff im Mobilitätssektor gewährleisten. Um dieses Ziel zu erreichen, muss der Motor mit einem hocheffizienten Aufladesystem ausgestattet werden, welches die notwendige Luft zur Verfügung stellt. Dafür wird am Institut ein Axialverdichter mit einem Spitzenwirkungsgrad über 80% entwickelt und zukünftig experimentell erprobt. Das Projekt wird voraussichtlich im April 2024 abgeschlossen. Beim NWN wurde das Projekt „WaVe“ auf der folgenden Seite beschrieben.

    Der Wirkungsgrad im Fokus

    Beim Einsatz von Wasserstoff spielt der Wirkungsgrad eine entscheidende Rolle. Das Institut widmet sich daher speziell der Verbesserung des Wirkungsgrads von Brennstoffzellen – genauer gesagt von PEM-Brennstoffzellen. Hierzu wurden in dem Projekt „ARIEL“ die Aggregate zur Luftversorgung der Kathode (ARIEL) optimiert.

    Im Projekt ARIEL untersuchtes Aufladesystem für PEM Brennstoffzellen. Quelle

    Im Projekt „REZEBT“ wurde wiederum ein Rezirkulationsgebläse entwickelt, welches ungenutzten Wasserstoff vom Austritt der Brennstoffzelle zum Eintritt zurück befördert. Dadurch wird der Wasserstoffbedarf reduziert und sowohl die Lebensdauer als auch die Effizienz der Brennstoffzelle deutlich erhöht. Die PEM-Brennstoffzellen sollen in der Leistungsklasse 80 – 200kW elektrischer Leistung eingesetzt werden. Der Hauptanwendungsfall ist daher im Pkw- und Schwerlastverkehr – aber auch auf Schienen-, Maritime- und Luftfahrtanwendungen ist das Wissen übertragbar.

    REZEBT: Neuartiges Wasserstoff-Rezirkulations-Gebläse zur Effizienzsteigerung von Brennstoffzellen, Quelle

    Im Exzellenzcluster SE²A (EXC 2163) wird das bisher generierte Wissen angewendet und erweitert, um den Einsatz von PEM-Brennstoffzellen auch in der Luftfahrt zu ermöglichen. Die Herausforderungen, welche der niedrige Umgebungsdruck bei großen Flughöhen mit sich bringt, werden durch innovative Verdichterkonzepte bewältigt. So werden z.B. Mechanismen der aktiven Strömungsbeeinflussung durch Lufteinblasung und Grenzschichtabsaugung untersucht und perspektivisch mit gezielter Befeuchtung und Kühlung der Gasströmung kombiniert.

    Wissenschaftlicher Nachwuchs kann wichtige Erfahrungen sammeln

    Um auch den wissenschaftlichen Nachwuchs im Umgang mit Wasserstoff zu schulen und wichtige Erfahrungen sammeln zu lassen, begleitet das TFD zudem ein Team von Studierenden beim Aufbau eines wasserstoffbetriebenen Multikopters. In dem von der Region Hannover geförderten Projekt wird ein Multikopter mit einem Durchmesser von über 2 Metern konstruiert und erprobt, welcher eine Abflugmasse von fast 25kg hat. Durch den Einsatz von Wasserstoff erreicht der Multikopter längere Flugzeiten, als mit konventionellen Lithium-Ionen Akkus derzeit möglich sind. Weitere Informationen dazu finden sich hier und hier.

    Konstruktiver Entwurf des Multikopters, welcher mit einer Brennstoffzelle mit einer Leistung von 2,4 kW betrieben wird.

    Mehr zu diesen und weiteren Wasserstoff-Forschungsprojekten des Instituts:

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      HyNEAT

      HyNEAT

      PROJEKTE

      HyNEAT – Hydrogen Supply Networks‘ Evolution for Air Transport

      Die Dekarbonisierung des Flugverkehrs stellt eine besondere Herausforderung dar, da eine Elektrifizierung nur schwer möglich ist. Der Einsatz von Wasserstoff und seiner Derivate bietet jedoch das Potenzial, in Zukunft klimafreundlich fliegen zu können. Hierzu gilt es zunächst, entsprechende Antriebstechniken zu entwickeln und serienreif zu machen, die auf dem Einsatz von Wasserstoff basieren. Darüber hinaus muss jedoch auch die Infrastruktur im Bereich der Flughäfen weiterentwickelt werden, sodass die Versorgung mit Wasserstoff an Flughäfen gewährleistet ist. Genau dieser Herausforderung stellt sich das vom BMBF geförderte Projekt „HyNEAT“, das verschiedene Universitäten – unter anderem aus Hannover, Braunschweig und Clausthal – in einem Forschungsverbund umsetzen.

      Während im Individualverkehr und insbesondere im ÖPNV schon zahlreiche Technologien zur Dekarbonisierung zur Verfügung stehen und immer breiteren Einsatz finden, steht die Dekarbonisierung des Flugverkehrs noch in den Startlöchern. Da die Elektrifizierung von Flugzeugen nur schwerlich und nur bei kleineren Flugzeugen umzusetzen ist, rücken andere Lösungen in den Fokus – so z.B. auch der Einsatz von Wasserstoff. Zentral für den Erfolg sind zunächst effiziente Antriebssysteme, welche die Nutzung von Wasserstoff ermöglichen; darüber hinaus braucht es jedoch auch die infrastrukturellen Voraussetzungen, um die Energiewende im Flugverkehr zu realisieren.

      Genau diesen infrastrukturellen Voraussetzungen widmet sich ein Forschungsverbund aus deutschen Universitäten in dem Projekt HyNEAT. Hierzu soll zunächst der Wasserstoffbedarf (bzw. der Bedarf an flüssigem Wasserstoff – LH2) der Luftfahrt analysiert werden. Dies erfolgt in einem übergeordneten Ansatz, der das Luftfahrtsystem und dessen Entwicklung allgemein modelliert. Im zweiten Projektteil wird ein mathematisches Optimierungsmodell entwickelt, das den Einfluss verschiedener Wasserstoff-Preise auf die Streckenplanung und die jeweils abgenommene Wasserstoffmenge von Airlines beschreibt. Die Erkenntnisse aus dem ersten Teilprojekt sollen in diesen Prozess mit einfließen.

      Die Berechnungen und Simulationen können dann eine Orientierung und Planungsgrundlage bieten, mit welchem Wasserstoffbedarf bei welchen Preisen an den Flughäfen gerechnet werden kann. Hieraus werden anschließend LH2-Bereitstellungsketten modelliert, welche die relevanten Komponenten für die Wasserstofferzeugung, -komprimierung und -verflüssigung sowie den Transport und die Speicherung miteinbeziehen und optimale Bereitstellungsnetzwerke ermitteln.

      Mehr zum Projekt gibt es hier. 

      Quelle: HyNEAT

      Projektpartner

      • Leibniz Universität Hannover
        • Institut für Elektrische Energiesysteme (Koordination)
        • Institut für Festköperphysik
        • Institut für Umweltökonomik und Welthandel
      • Technische Universität Braunschweig
        • Institut für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion
        • Institut für Mathematische Optimierung
        • Junior Research Group „Overall System Evaluation”
      • Technische Universität Clausthal
        • Professur für Aufbereitung, Recycling und Kreislaufwirtschaftssysteme
      • Technische Universität Hamburg
        • Arbeitsgruppe Resilient and Sustainable Operations and Supply Chain Management
      • Technische Universität München
        • Lehrstuhl für Anlagen- und Prozesstechnik
      • Institut für Luft- und Kältetechnik Dresden
      • Pro Aviation Consult GmbH

      Weitere Informationen zu den Projektpartnern gibt es hier.

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          Im Gespräch mit Boris Richter

          Im Gespräch mit Boris Richter

          ©STORAG ETZEL

          Beim Projekt H2Cast in Etzel, Niedersachsen, wird die Speicherung von Wasserstoff in Salzkavernen getestet, die zuvor für Erdgas genutzt wurden. 

          Der Schlüssel für Versorgungssicherheit: Energiespeicher

          Fast täglich berichteten die Medien vergangenen Winter von den Füllständen deutscher Gasspeicher. Erstmals kam das Thema Speicher und ihre Bedeutung ins Bewusstsein der Bevölkerung. Insbesondere Für die Energiewende sind Speicher von enormer Bedeutung. Allein im Jahr 2021 wurden 5,8 TWh Erneuerbare Energien abgeregelt, um das Netz nicht zu überlasten. Das entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von mehr als 1,5 Mio. Haushalten.

          Im Gegensatz zu Strom kann Wasserstoff kostengünstig und vor allem langfristig gespeichert werden. Speicher spielen für die künftige Energieversorgung deshalb eine wichtige Rolle. Darüber sprachen wir für diese Ausgabe zum Thema Speicher mit Boris Richter, Geschäftsführer der STORAG ETZEL GmbH, dem größten unabhängigen Betreiber von Kavernenspeichern in Deutschland.

          NWN: Aktuell speichern wir in Deutschland große Mengen Gas in unterirdischen Kavernen für den Winter. Künftig wollen wir weg vom Erdgas bzw. LNG und möglichst viele Prozesse elektrifizieren. Brauchen wir die Kavernenspeicher dann noch in ihrem aktuellen Umfang?

          Boris Richter: Die Kavernen haben die Aufgabe Energie, z.B. in Form von Gas zu speichern. Genau dann, wenn Energie in großen Mengen, z.B. im Winter aus dem Fernleitungsnetz entnommen werden, unterstützen die Speicher und decken die Bedarfsspitzen durch Ausspeichern von Gas zusätzlich ab. Die Speicher haben eine Pufferfunktion. Ein Import von Energie, z.B. über den Seeweg per LNG-Tanker erfolgt ja auch diskontinuierlich, also punktuell über eine kurze Zeit. Damit sind Kavernenspeicher zusätzlich gefordert und müssen ihre Funktion erfüllen.

          Aus dem erneuerbaren Strom von der Nordsee will man künftig Wasserstoff herstellen, der dann z.B. in Etzel gespeichert werden kann. Warum speichern wir den erneuerbaren Strom nicht direkt in großen Batterien und speisen den Strom später ins Netz, wenn wir ihr benötigen?

          BR: Rein vom Wirkungsgrad macht es absolut Sinn, die Elektronen direkt zu speichern. Allerdings sind Akkumulatoren derzeit viel zu klein in ihrer Kapazität. Eine Gaskaverne mit Methanmolekülen kann eine Terrawattstunde Energie speichern. Damit kann eine kleine Stadt problemlos mit Energie für ein ganzes Jahr versorgt werden. In Etzel sind aktuell 51 Gaskavernen in Betrieb.

           

          Wasserstoff lässt sich auch überirdisch in mobilen Tanks speichern. Wo ist der Vorteil der unterirdischen Speicherung?

          BR: Das Volumen einer Kaverne ist sehr viel größer als ein gewöhnlicher Tank. Im Schnitt sind die Kavernen in Etzel zwischen 300.000 m³ und 600.000 m³ groß. Das Gasmedium kann mit bis zu 200 bar komprimiert und somit viele Millionen Kubikmeter Gas in eine Kaverne gespeichert werden. Man würde viele hunderte Tanks an der Oberfläche und damit enorm viel Fläche benötigen.

           

          Künftig wollen Sie in Etzel auch Wasserstoff speichern. Im Projekt H2Cast rüstet Storag Etzel bereits eine Kaverne dafür um. Wo stehen Sie aktuell bei dem Projekt?

          BR: Aktuell haben wir einen Dichtheitstest mit Wasserstoff positiv abgeschlossen und werden im Herbst weitere Erprobungen durchführen. Es werden weitere Bauarbeiten über- und untertage durchgeführt.

          „Wir wollen den niedersächsischen Standort Etzel „H2-ready“ machen, d.h. vorbereiten auf den absehbaren Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft, der helfen wird, die deutsche Industrie zu dekarbonisieren, sprich CO2-freier und klimafreundlicher zu gestalten. Auf diese Weise wird die Versorgungssicherheit mit CO2-freier Energie in Zukunft gewährleistet. Der Standort ist dabei für Nordwesteuropa von entscheidender Bedeutung. Die Energiewende braucht ab spätestens dem Jahr 2030 diese Großspeicher, da H2-Angebot und -Nachfrage zeitlich und räumlich auseinanderliegen werden. Den Standort zukunftsfähig für nachfolgende Generationen aufzustellen, das ist unser Ziel!“

          Boris Richter

          Kaufmännischer Geschäftsführer, Storag Etzel

          Der Großteil der deutschen Vorhaben für Wasserstoffspeicherung liegt in Niedersachsen. Warum gibt es insbesondere hier so viele Speicher?

          BR: Kavernen sind bergmännisch angelegte, also künstliche Hohlräume in Salzformationen. Man benötigt demzufolge neben der Technologie auch einen Lagerstättenkörper aus Salz. Gewöhnlicherweise sind dies Salzstöcke oder Salzkissen. Diese Salze sind vor ca. 270 Millionen Jahre im Erdzeitalter des Perms entstanden. Ein Meer ist in mehreren Schritten ausgetrocknet und Restbestandteile des Meeres, weitestgehend das Salz, hat sich abgelagert. Das damalige Meer entstand aufgrund einer Beckenstruktur, eben im norddeutschen Becken. Damit haben wir den örtlichen Bezug auch gleich hergestellt. Denn ca. 70 Prozent der Salzvorkommen an Land liegen bezogen auf Deutschland in Norddeutschland und weitestgehend in Niedersachsen. Deshalb gibt es hier in Niedersachsen viele Kavernenspeicher, weil eben viel Salz unter unseren Füßen vorhanden ist.

           

          Was sind die größten Herausforderungen bei der unterirdischen Speicherung von Wasserstoff?

          BR: Wir müssen viele technische, aber auch genehmigungsrechtlichen Fragen beantworten. An aller erster Stelle stehen die Sicherheit und der Schutz der Bevölkerung, unserer Mitarbeiter und unserer Anlage im Vordergrund. Da wir ein Bergbaubetrieb sind, unterliegen wir dem Bergrecht und unsere Genehmigungsbehörde ist das LBEG in Clausthal-Zellerfeld. Das Bergamt ist unsere Aufsichtsbehörde und prüft sehr gewissenhaft unsere Anträge.

           

          Über H2Global soll Ende 2024 erstmals grüner Wasserstoff nach Deutschland importiert werden. In den kommenden Jahren gehen die ersten Großelektrolyseure ans Netz. In Niedersachsen werden bald große Menge Wasserstoff entstehen und anlanden. Bis wann brauchen wir funktionsfähige Wasserstoffspeicher?

          BR: Wir gehen davon aus, dass ab 2027/2028 Wasserstoffspeicher benötigt werden und der Markthochlauf für Wasserstoff erfolgt. Dies bedeutet aber auch, dass die Kavernenspeicher auch entsprechend mit Wasserstoffleitungen angeschlossen sind. Die Infrastruktur dafür muss aufgebaut sein, sonst funktionieren Speicher nicht. Die Leitungen sind sowas wie Lebensadern, in denen die Energie transportiert wird.

           

          In unserem künftigen Energiesystem aus Erneuerbaren Energien müssen wir große Mengen Wasserstoff einspeichern, um Versorgungssicherheit gewährleisten zu können. Angenommen wir rüsten alle bestehenden Kavernenspeicher um – reichten die aktuellen Kapazitäten für den künftigen Speicherbedarf überhaupt aus?

          BR: Wenn für die Industrie komplett Erdgas durch Wasserstoff ersetz werden soll und wir davon ausgehen, dass dies über Dekaden erfolgt, dann wird der derzeitige Speicherhohlraum nicht ausreichen. Denn betrachtet man das energetisch, so hat Wasserstoff fast viermal weniger Energie als Erdgas. Bedeutet also, um dieselbe Energie zu speichern, bedarf es viermal mehr Speichervolumen. Man bedenke auch, dass neben dem Wasserstoffspeicherbedarf auch noch der Speicherhohlraum, wenn auch abnehmend für Erdgas bereitgestellt werden muss.

           

          Über welche Größenordnung sprechen wir beim künftigen Speicherbedarf?

          BR: Aktuelle Studien sehen den Speicherbedarf für Wasserstoff im Jahr 2050 bei 74 Terrawattstunden.

           

          Wie lange wird es dauern, entsprechende Kapazitäten aufzubauen?

          BR: In Etzel benötigen wir ca. zwei bis vier Jahre, um bestehende Kavernen für die Wasserstoffspeicherung umzurüsten und etwas länger, um an 24 neu geplanten Lokationen neue Wasserstoffkavernen im Salzstock zu errichten. Die bergrechtlichen Genehmigungen, um neue Kavernen zu bauen haben wir bereits. Den Nachweis, dass Wasserstoff problemlos in Kavernen gespeichert werden kann, erbringen wir die kommenden Jahre mit unseren Partnern im H2CAST Forschungsprojekt. Das Projekt ist durch das Land Niedersachsen und den Bund gefördert.

           

          Vielen Dank, Herr Richter. 

          Hydrogen Cavern for Mobility

          Im Projekt HyCAVmobil (Hydrogen Cavern for Mobility) erforscht EWE mit Partnern unter welchen Bedingungen sich reiner Wasserstoff in Salzkavernen einlagern lässt.

          H2Marsch

          Der Zugang zu Wasserstoff wird sukzessive zu einem zentralen Standortfaktor. In der Region Wesermarsch hat sich daher die Allianz „H2Marsch“ gebildet, welche die Versorgung der Region mit Wasserstoff sicherstellen will. Hierdurch sollen nicht nur 6.000 Arbeitsplätze gesichert, sondern perspektivisch auch 240.000 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr reduziert werden.

          Clean Hydrogen Coastline

          Im Zuge des Projekts „Clean Hydrogen Coastline“ wollen Industriepartner in der Region Nordwest 400 Megawatt Elektrolysekapazität bis zum Jahr 2026 aufbauen.

          Green Octopus Mitteldeutschland (GO!)

          Das Projekt Green Octopus Mitteldeutschland „GO!“ von ONTRAS Gastransport und VNG Gasspeicher soll u.a. die Stahlregion Salzgitter und das Helmstedter Revier mit dem ostdeutschen Wasserstoffnetz und dem künftigen Wasserstoffspeicher in Bad Lauchstädt verbinden. Hierzu werden Leitungen von insgesamt rund 305 Kilometern Länge für den Wasserstofftransport umgestellt bzw. neu errichtet.

          Wasserstoffspeicher in Krummhörn

          In Krummhörn testet Uniper die Konstruktion und den Betrieb eines unterirdischen Wasserstoffspeichers.

          Wasserstofftrocknung durch Absorption

          Bilfinger entwickelt aktuell in Cloppenburg eine Demonstrationsanlage zur Wasserstofftrocknung. Die Trocknung ist nötig, um den Wasserstoff nach der Speicherung (z.B. in Kavernen) wieder verstromen oder ins Netz einspeisen zu können.

          Sektorenkopplung für den Eigenbedarf

          Sektorenkopplung für den Eigenbedarf – das Pilotprojekt KRUH2 der OGE stellt diesen Aspekt bei der Wasserstoffproduktion, Speicherung und Nutzung in den Fokus.

          CHESS – Aufbau einer Wasserstoffinfrastruktur in der Wesermarsch

          Im Rahmen des Projektes CHESS (Compressed Hydrogen Energy Storage Solution) in Huntorf (Landkreis Wesermarsch) wollen EWE und Uniper gemeinsam ihre jeweilig vorhandene Gas- und Strominfrastruktur umrüsten. Ziel ist es, vor Ort eine neue Wasserstoffinfrastruktur schnell, effizient und kostensparend aufzubauen.

          Green Wilhelmshaven

          In dem Projekt Green Wilhelmshaven wird der Import von Wasserstoff mittels Ammoniaks im Großmaßstab ermöglicht; gleichzeitig jedoch auch grüner Wasserstoff per Elektrolyse vor Ort produziert. Hierdurch werden Kapazitäten aufgebaut, die zusammen 10-20% des Wasserstoff-Bedarfs ganz Deutschlands im Jahr 2030 decken könnten.

          Endlos-Energie-Zentrum Schaumburg

          In Bückeburg entsteht auf drei Etagen mit rund 1000m² das größte, und das bisher einzige vollständig autarke Bürogebäude in Deutschland.

          Im Gespräch mit Lars Eichhorn

          Im Gespräch mit Lars Eichhorn

          Credit DBT Inga HaarQuelle: LUH

          ©Technik-Salon, Leibniz Universität

          Innovationslabor „Nachhaltige Wasserstoff-Verbrennungskonzepte“ (WaVe)

          Mehr als 20 Forschungsteams in Niedersachsen arbeiten an Lösungen für die Wasserstoff-Wirtschaft. Viele davon im Rahmen der fünf Innovationslabore, die vom EFZN koordiniert werden.

          Ein Beitrag zur stärkeren Vernetzung von Wissenschaft und Wirtschaft war die Vorstellung des EFZN-Wasserstoff-Kompetenzpapieres. Das Papier ist eine „Leistungsschau“ des seit 2018 bestehenden Forschungsverbundes Wasserstoff Niedersachsen.

          Das NWN hat die Veröffentlichung zum Anlass genommen sich mit Lars Eichhorn, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Technische Verbrennung und Forschender im Innovationslabor WaVe, zu unterhalten.

          Herr Eichhorn, Sie arbeiten in einem der fünf Innovationslabore in Niedersachsen. Womit beschäftigt sich das WaVe?

          Eichhorn: Das Innovationslabor beschäftig sich in drei Projekten mit nachhaltigen Wasserstoff-Verbrennungskonzepten (WaVe). Ein Projekt beschäftigt sich mit Wasserstoffmotoren in Fahrzeugen. Dort wird untersucht, mit welchen Konzepten und angepassten Komponenten bestehende Nutzfahrzeugmotoren mit Wasserstoff betrieben werden können. Das zweite Projekt untersucht, wie in einem Gaskraftwerk Erdgas durch Wasserstoff ersetzt werden kann. Beim dritten Projekt, an dem ich persönlich arbeite, möchten wir zeigen, dass mit Wasserstoff Primärregelleistung in Gas- und Dampfkraftwerken bereitgestellt werden kann. Die dafür notwendige kurzfristige Leistungssteigerung einer Dampfturbine wird mit zusätzlichem Prozessdampf erzeugt, der das Reaktionsprodukt der Wasserstoff-Sauerstoff-Verbrennung ist.

          Wieso können solche Prozesse nicht elektrifiziert werden?

          Eichhorn: In dieser und vielen weiteren Anwendungen werden Temperaturniveaus jenseits der 500 Grad Celsius benötigt. Vor allem in der Produktion von Keramik, Glas, oder Zement ist der Wärmebedarf sehr groß. Dort ist die thermische Nutzung bedeutend effizienter als die elektrische Nutzung von Wasserstoff.

          Sie versuchen hier diese Verbrennung noch effizienter zu machen. Wie funktioniert das?

          Eichhorn: Besonders anspruchsvoll ist hierbei der Umgang mit der sehr heißen Wasserstoff-Sauerstoff-Flamme, welche bei atmosphärischem Druck und Temperaturen über 3000 °C verbrennt. Dazu entwickeln wir einen Brenner, welcher der thermischen Belastung standhalten kann und für eine optimale Vermischung der Gase, sowie eine betriebssichere Stabilisierung der Flamme sorgt. Im Vordergrund steht die Reduzierung der Verbrennungstemperatur auf ein technologisch beherrschbares Niveau.

          Und das machen Sie mit Wasser?

          Eichhorn: Richtig. In vielen Fällen wird dafür Wasserdampf genutzt, welcher der Verbrennung zugefügt wird; herausfordernd sind die erforderlichen Mengen. In unserem Forschungsansatz wird die Flamme mit flüssigem Wasser gekühlt, welches durch den Sauerstoff zerstäubt wird und als Wasser-Sauerstoff-Spray in die Brennkammer eintritt. Innerhalb der Brennkammer erfolgen die Mischung und Oxidation des Wasserstoffs. In ersten Versuchen mit dem neuen Brenner konnte die Flammentemperatur durch das innovative Konzept auf unter 2000 °C reduziert werden. Weitere Vorteile der Nutzung von flüssigem Wasser sind die in der Zuleitung geringeren Leitungsquerschnitte im Vergleich zum dampförmigen Wasser und dass keine Primärenergie benötigt wird, um Wasserdampf herzustellen. Dadurch ist diese Technologie deutlich flexibler und schneller einsatzbereit.

          Dampf lässt sich ja aber schon relativ zügig herstellen. Wo brauchen wir denn diese zeitliche Flexibilität?  

          Eichhorn: Ziel der Primärregelleistung ist die sekundenschnelle Bereitstellung von zusätzlicher Leistung, um die Stabilität des Stromnetzes zu gewährleisten. Das Hochfahren eines Dampferzeugers dauert zu lange und eignet sich daher nicht. Stattdessen verwendet unser Forschungsansatz Flüssigwasser – ohne weitere Vorbereitung.

          Sie arbeiten darüber hinaus auch in einem Grundlagenlabor am Wasserstoff Campus Hannover. Was wird hier untersucht?

          Eichhorn: Das Grundlagenlabor wurde in erster Linie geschaffen, um bei den Studierenden das Interesse an Wasserstoff im Allgemeinen und vor allem an nachhaltigen verbrennungstechnischen Themen zu wecken. Und tatsächlich erleben wir zwar abnehmende Teilnehmerzahlen bei den Vorlesungen zu Verbrennungsmotoren, jedoch steigendes Interesse seitens der Studierenden an Wasserstofftechnologien und alternativen Kraftstoffen. Insbesondere durch das Labor erhalten wir einige Initiativbewerbungen für unsere innovativen Forschungsprojekte.

          Vielen Dank Herr Eichhorn.