Über 250 Jahre ist es bereits her, dass aus purem Zufall einer der vielversprechendsten Energieträger der Zukunft entstand: Wasserstoff. Der in unseren Augen vielversprechendste und zukunftsträchtigste Energieträger der heutigen Zeit.
Seine Produktionsmöglichkeiten haben wir bereits im letzten Blogartikel besprochen – heute geht’s daher um den Transport von H2 zu Verbrauchsstellen.
Herausforderungen beim Wasserstofftransport
1. Flüchtigkeit und Dichte
Wasserstoff ist sehr leicht und hat eine geringe Dichte, was dazu führt, dass er bei Raumtemperaturen und Umgebungsdruck schnell entweicht. Er muss deshalb dicht verpackt und dicht gepackt werden, um ihn sicher zu transportieren.
2. Materialanforderungen und Sicherheit
Spezielle korrosionsbeständige und druckfeste Behälter und Pipelines sind für den sicheren Wasserstofftransport erforderlich. Flüssiger Wasserstoff erfordert Isolation und Materialien, die -253 °C vertragen, um Leckagen zu verhindern und Sicherheit zu gewährleisten.
3. Energieaufwand für Komprimierung und Kühlung
Die Verdichtung oder Verflüssigung von Wasserstoff für den Transport erfordert spezielle Anlagen und beträchtliche Energiemengen. Dieser Energieaufwand trägt zu den Kosten und Umweltauswirkungen des Transports bei.
4. Menschliche, regulatorische und logistische Hürden
Wasserstoff wird bereits heute in der Industrie weitläufig verwendet, jedoch ist das Thema für viele Anwendungsbereiche noch neu und wirft Unsicherheiten auf. Dies führt oft dazu, dass Anforderungen übermäßig hoch angesetzt werden.
Die strikte Befolgung von Sicherheitsvorschriften sowie die erfolgreiche Bewältigung logistischer Hürden sind von entscheidender Bedeutung. Ein reibungsloses Zusammenspiel zwischen Produzenten, Transportunternehmen und Verbrauchern ist unerlässlich.
Die Bewältigung dieser Herausforderungen ist entscheidend, um einen effizienten, sicheren und wirtschaftlichen Wasserstofftransport zu ermöglichen.
Methoden des Wasserstofftransports
Gasförmig, flüssig-tiefkalt und chemisch gebunden – auf LKWs, Schiffen oder durch Pipelines.
Gasförmig verdichtet
Standardmäßig wird Wasserstoff in Stahlbehältern transportiert Diese sind entweder als Flaschenbündel oder als Tubes eines Tankwagens ausgelegt. Der Druck in diesen Behältern liegt bei 200 bis 300 bar. Pro LKW sind Transportmengen von bis zu 1 Tonne Wasserstoff möglich.
Neue Behältertypen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen reduzieren das Behältergewicht und lassen Drucke bis 500 bar zu. Die Transportmenge pro LKW steigt damit auf 1.500 kg.
In den Pipelines des Erdgasnetzes herrschen in den Hochdruckleitungen Drucke bis zu 100 bar. Diese werden in den Mitteldruck- und Niederdruckleitungen deutlich reduziert. Für die notwendigen Anpassungen an den Wasserstofftransport sind hauptsächlich die geringere Energiedichte pro Volumen, der negative Joule-Thomson-Effekt an den Übergabestationen und die Eignung der Dichtungen zu beachten.
Flüssig
Flüssiger Wasserstoff wird bei Temperaturen von -253 ° C und bis zu 4 bar Druck in kompakten Behältern transportiert. Diese sind superisoliert, um die Verdampfungsverluste zu minimieren. Die Transportmenge pro LKW beträgt bis zu 4 Tonnen.
Flüssiger Wasserstoff ist für den Transport mit Schiffen sinnvoll. Der Energieaufwand für die Kühlung ist dabei beträchtlich. Er kann über die Boil-off Mengen des Wasserstoffs gedeckt werden.
Vakuumisolierte Transferleitungen vom Erzeuger oder vom Schiff zum Verbraucher sind eine Möglichkeit die Vorteile von Pipelines zu nutzen.
Chemisch gebunden
Wasserstoff kann in flüssige Materialien eingebracht werden. Die Trägermaterialien (LOHC = Liquide Organic Hydrogen Carrier) nehmen den Wasserstoff unter Wärmeabgabe auf und geben in unter Wärmezufuhr wieder ab. Das Material ist zum Transport drucklos und nicht entzündlich. 1 m³ Trägerflüssigkeit kann dabei bis zu 56 kg Wasserstoff aufnehmen.
Wasserstoff kann ebenso in festen Materialien eingebracht werden. Metallhydride nehmen den Wasserstoff unter Wärmeabgabe auf und geben in unter Wärmezufuhr wieder ab.
Chemikalien
Ammoniak
Wasserstoff kann durch das Haber-Bosch-Verfahren mit Stickstoff verbunden werden. Das daraus entstehende Ammoniak kann als Standardchemikalie transportiert werden. Der Transport erfolgt in flüssiger Form bei minus 33 Grad Celsius. Die transportierte Energiemenge ist höher als die von flüssigem Wasserstoff. In einem Ammoniumcracker kann durch Wärmezufuhr (400-600 °C) wieder Wasserstoff gewonnen werden. Für die Verwendung in Brennstoffzellen muss dieser noch gereinigt werden.
Methanol
Methanol kann als Wasserstoffträger in der Methanol Synthese aus Wasserstoff und Kohlendioxid hergestellt werden. Methanol ist bei Raumtemperatur flüssig und kann damit in allen Transportbehältnissen problemlos transportiert werden. Die Energiedichte pro Volumen ist deutlich höher als bei Wasserstoff.
Methanol Reformer wandeln Methanol unter Zugabe von Wasserdampf (bei 250-300 °C) wieder in Wasserstoff.
Dimethylether
Dimethylether wird über Methanol-Dehydration oder andere Methoden aus Synthesegas hergestellt. Es ist unter minus 25 °C oder bei Drücken von 10-15 bar flüssig. Die Transportmöglichkeiten sind damit vergleichbar zu Ammoniak.
Pro Masseeinheit weist Dimethylether deutlich mehr Wasserstoffatome auf als Ammoniak oder Methanol. Der Energieinhalt ist pro Kilogramm um 40 % höher.
Dimethylether ist ungiftig.
Die Freisetzung von Wasserstoff erfolgt bei Temperaturen von 250 bis 400 °C
Zukunftsaussichten und Innovationen im Bereich Wasserstofftransport
Die Entwicklung effizienter und sicherer Transportmethoden spielt eine Schlüsselrolle dabei, Wasserstoff als bedeutenden Energieträger der Zukunft zu etablieren. Forschung und Entwicklung konzentrieren sich auf die Optimierung von Transportmitteln, um den Wasserstofftransport sicher, wirtschaftlich und umweltfreundlich zu gestalten.
Der Aufbau einer Infrastruktur für den Wasserstofftransport ist kostenintensiv – jedoch sind die Grundzüge dafür bereits vorhanden, denn bestehende Erdgas-Piplines können künftig auch für den Transport von Wasserstoff genutzt werden: „1.294 km Wasserstoff-Pipelines innerhalb der nächsten zehn Jahre“
Eine Entwicklung, die Zeit, Kosten und Ressourcen spart!
Die Erkenntnis, dass bestehende Erdgas-Pipelines zum Transport von H2 genutzt werden können, ist nicht nur eine positive Entwicklung, sondern hemmt zudem die Angst der breiten Bevölkerung, da sie zwei Worte besonders fett hervorhebt: Kostenersparnis und Zeitersparnis.