Nutzung von Wasserstoff im Erdgasnetz

Saubere Energien brauchen neue Lösungen

Erneuerbare Energiequellen befinden sich oftmals in abgelegenen Gebieten wie Offshore-Windparks oder Wasserkraftanlagen in bergigen Regionen. Darüber hinaus schwankt die Energieausbeute stark, da beispielsweise Solaranlagen nachts keinen Strom erzeugen. Die Bedeutung von Energiespeicherkapazitäten steigt damit. Der wachsende Anteil erneuerbarer Energien in unserem Energiemix erhöht so den Bedarf an Ferntransport und Energiespeicherung.¹

Ideal für Transport und Speicherung: Wasserstoff

Elektrizität kann sowohl für die Speicherung als auch für den Transport von Energie genutzt werden. Sie ist jedoch nicht die eine Antwort für alle Situationen, und ist mit Herausforderungen wie Energieverlust oder technischer und wirtschaftlicher Ineffizienz verbunden. In puncto Speicher- und Transportierbarkeit über lange Entfernungen hinweg erweist sich Wasserstoff hier als vorteilhafter.² Er kann beinah wie fossiles Gas gespeichert und transportiert werden.

Dennoch ist Wasserstoff aktuell kein etablierter Energieträger. Einer der Gründe hierfür ist das Fehlen einer H₂-Infrastruktur wie etwa Wasserstoff-Pipelines. Ein innovativer Ansatz kann dabei helfen, dieses Problem schnell und wirtschaftlich zu beheben, nämlich durch eine Umstellung von Erdgaspipelines auf Wasserstoff.

H₂ – Ein Ersatz für Erdgas?

Der fortschreitende Übergang hin zu saubereren Energiequellen lässt den Ruf nach einer besseren Wasserstoffinfrastruktur lauter werden, während die Infrastrukturen für fossile Energieträger immer weniger genutzt werden. Der Versuch, die vorhandene Erdgasinfrastruktur für Wasserstoffanwendungen zu nutzen, liegt daher nahe. Und tatsächlich untersuchen verschiedene Projekte weltweit die technische und wirtschaftliche Machbarkeit dieser Möglichkeit.³

Schon heute Realität: Wasserstoff im Erdgasnetz

Während einige Vorhaben die Machbarkeit der Vermischung von Wasserstoffgas und fossilem Gas⁴ untersuchen, erproben andere die Umstellung von Erdgaspipelines auf reine Wasserstoffnutzung.

In Ländern wie Frankreich, Deutschland, Japan, der Schweiz, Großbritannien und den USA hat sich gezeigt, dass eine Beimischung von bis zu 20 % Wasserstoffgas zu fossilen Gasströmen ohne Einfluss auf die Pipelines möglich ist.⁵ Auf diese Weise verbessert sich die CO₂-Bilanz einiger Erdgasanwendungen bereits heute im Regelbetrieb.

Umwandlung von Erdgasinfrastruktur zu Wasserstoff-Pipelines

Die Verwendung von reinem Wasserstoff in konventionellen Gaspipelines ist ein relativ neues Unterfangen. Bevor Experimente durchgeführt wurden, war die Sorge groß, dass Wasserstoffversprödung zu Schäden an metallenen Pipelines führen könnte. Dies wurde erfolgreich widerlegt.

Bei konventionellen Gaspipelines müssen bei einer Umstellung auf 25 % Wasserstoff oder mehr nur Komponenten wie Pumpen und Kompressoren sowie Mess- und Kontrolleinrichtungen ausgetauscht werden. Eine nachträgliche Innenauskleidung der Pipelines oder andere umfangreiche Nachrüstungen sind nicht erforderlich.⁶

Wasserstoff im Erdgasnetz: Vergleichbare Kapazitäten

Wasserstoff und Erdgas unterscheiden sich stark hinsichtlich ihrer Energiedichte pro Volumen. Wasserstoff enthält etwa 1/3 der Energie, die fossile Gase derselben Menge liefern. Auf den ersten Blick scheint dies problematisch zu sein, da es bedeutet, dass eine Erdgas-Pipeline nur ein Drittel der Energie liefern würde, wenn sie in eine Wasserstoff-Pipeline umgewandelt wird.

Dies ist glücklicherweise nicht der Fall, da Wasserstoff eine geringere Dichte als Erdgas aufweist und damit mit höheren Durchflussraten transportiert werden kann. Somit kann eine auf Wasserstoff umgerüstete Erdgaspipeline 80 bis 90 % der ursprünglichen Energietransportkapazität unter ansonsten gleichen Bedingungen liefern.⁷

Wie KNF den Ausbau von Wassersoff-Pipelines unterstützen kann

Durch jahrzehntelange Erfahrung im Bereich Wasserstoff weiß KNF um die speziellen Anforderungen dieses Energieträgers. Pumpen von KNF finden derzeit weltweit Verwendung bei H₂-Anwendungen wie z. B. Transport, Verarbeitung, Analyse und Bereitstellung von Wasserstoff für Brennstoffzellen. Für Einsätze in kleinem Maßstab und Laboranwendungen bietet KNF ebenfalls Lösungen für die Pipelineversorgung. Gleichzeitig führt KNF Pumpen für Erdgaspipeline-Anwendungen wie z. B. Dichtheitsprüfungen.

Auf der Grundlage eines bewährten Modulbaukastens können die Pumpen an beinahe jede Anforderung angepasst werden. Auf diese Weise kann KNF schnell hochwertige Pumpen liefern, die eine hohe Sicherheit und Zuverlässigkeit bieten, und die auf bestimmte Anwendungen wie die Nutzung von Wasserstoff in Erdgaspipelines zugeschnitten sind.

Literatur

¹ Khan, N., Dilshad, S., Khalid R., Kalair, A. R. &  Abas, N. (2019). Review of energy storage and transportation of energy. Energy Storage. Abgerufen am 07. Januar 2022 von https://doi.org/10.1002/est2.49

² Semeraro, M. A. (2021). Renewable energy transport via hydrogen pipelines and HVDC transmission lines. Energy Strategy Reviews, Volume 35. Abgerufen am 07. Januar 2022 von https://doi.org/10.1016/j.esr.2021.100658

³ Brezonick, M. (2020). European Consortium Plans Repurposed Hydrogen Pipeline. Diesel & Gas Turbine Worldwide. Abgerufen am 07. Januar 2022 von https://www.dieselgasturbine.com/8009372.article

⁴ Jewkes, S. (2020). TAP pipeline explores feasibility of blending hydrogen. Abgerufen am 07. Januar 2022 von https://www.reuters.com/article/tap-hydrogen-study/tap-pipeline-explores-feasibility-of-blending-hydrogen-idUKKBN28J2EH

⁵ NREL. (2020). HyBlend Project To Accelerate Potential for Blending Hydrogen in Natural Gas Pipelines. Abgerufen am 07. Januar 2022 von https://www.nrel.gov/news/program/2020/hyblend-project-to-accelerate-potential-for-blending-hydrogen-in-natural-gas-pipelines.html

⁶ Nationaler Wasserstoffrat. (2021). Wasserstofftransport. Retrieved January 7, 2022 from https://wasserstoffwirtschaft.sh/file/nwr_wasserstofftransport_web-bf.pdf

⁷ Ibid.