Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich zeigen in einer Veröffentlichung neue Wege für eine Versorgung abseits des bis 2032 geplanten Wasserstoff-Kernnetzes. Sie beschreiben die Nutzung chemischer Wasserstoffträger, aus denen Wasserstoff erst beim Verbraucher freigesetzt wird.
„Es gibt bereits eine größere Zahl an Studien darüber, wie Wasserstoff-Importe auf dem Seeweg nach Europa gelangen“, sagt Erstautor Oliver Ulrich vom Institute for a sustainable Hydrogen Economy des Forschungszentrums Jülich. Chemische Wasserstoffträger gelten als eine großskalige Lösung für den Wasserstoffimport über den Seeweg. Der Bedarf, Wasserstoff zu importieren, wird in der Importstrategie der Bundesregierung für 2030 mit 50 bis 70 Prozent beziffert. Ein Großteil davon soll laut Strategie über den Seeweg in Form von chemischen Trägern erfolgen.
Dabei handelt es sich um Moleküle wie Ammoniak, Methanol, Dimethylether oder sogenannte flüssige organische Wasserstoffträger (engl. LOHCs). Sie enthalten Wasserstoff als Baustein, der bei Bedarf freigesetzt wird. „Wie in Zukunft die Verteilung von den Häfen aus in die Fläche aussieht – das ist alles andere als klar, weil es nicht die eine Lösung geben wird“, erklärt Oliver Ulrich. Mehrere Wege sind denkbar. Deswegen will das Jülicher Team perspektivisch ein digitales Werkzeug entwickeln, das dabei hilft, den besten Weg zu finden. Die Veröffentlichung ist ein erster Schritt in diese Richtung.
Das Kernnetz ist nicht flächendeckend
Klar ist, dass es den Weg über die Pipeline geben wird, also im Fall von Deutschland über das Kernnetz. Wasserstoff wird dafür am Hafen in einer großchemischen Anlage aus dem Träger freigesetzt und in die Pipeline gegeben. „Das ist die beste Lösung für alle Verbraucher mit Zugang zum Kernnetz. Aber dieses Netz ist leider nicht flächendeckend“, erklärt Oliver Ulrich. In der Eifel, im Dreieck Bielefeld, Göttingen, Kassel oder rund um das Bundesländereck Mecklenburg-Vorpommern, Niedersachsen, Sachsen-Anhalt und Brandenburg ist die Wegstrecke bis zur nächsten Ausspeisestelle aus dem Kernnetz schnell 50 bis 100 Kilometer lang. „Die Verbraucher müssen gegebenenfalls einen Anschluss an das Kernnetz selbst finanzieren. Dabei gilt: Je größer die Distanz zum Kernnetz, desto teurer ist die Versorgung.“ Alternativ zur Pipeline kann der Wasserstoff auch hoch komprimiert oder flüssig per Lkw oder Zug angeliefert werden. Allerdings steigen auch hier die Kosten sehr schnell.
Freisetzung beim Verbraucher
„Es lohnt sich, eine weitere Route zu diskutieren: Wir setzen den Wasserstoff nicht am Hafen aus dem Träger frei, sondern nutzen die besseren Speicher- und Transporteigenschaften des Trägers und liefern ihn bis zum Verbraucher“, beschreibt der Jülicher Forscher. Das bedeutet allerdings, dass die Freisetzung beim Verbraucher stattfinden muss, was Kosten verursacht. „Wir müssen die Kosten für eine solche dezentrale Freisetzung beim Kunden berechnen. Diese Zahlen gibt es noch nicht, da auch die Technologien noch an die Prozesse der potenziellen Verbraucher angepasst werden müssen. Dann können wir die Frage beantworten, ob die Mehrkosten für den Wasserstofftransport geringer sind, oder die für die Freisetzung beim Kunden.“
Eine pauschale Antwort sei nicht möglich, weil regionale und individuelle Parameter eine Rolle spielen werden. Diese sind unter anderem die Anbindung an Transportwege, die Zahl der Abnehmer vor Ort, die sich die Kosten teilen können und die individuellen Prozessbedingungen der Anwendung. Ein Beispiel: Das Freisetzen des Wasserstoffs aus dem Träger erfordert Wärme, was Kosten verursacht, wenn die Wärme gesondert bereitgestellt werden muss. Kann Abwärme aus einem bestehenden Prozess für die Freisetzung genutzt werden, sinken die Kosten.
Die Eigenschaften der Wasserstoffträger
Zu den Parametern gehören auch die unterschiedlichen Wasserstoffträger mit ihren Vorteilen und Herausforderungen. Ammoniak ist als großskaliges Transport- und Speichermedium am meisten diskutiert. Aufgrund seiner Toxizität ergeben sich allerdings erhöhte Sicherheitsmaßnahmen. LOHC hat die geringste Wasserstoff-Speicherdichte, ist aber am einfachsten handhabbar. Methanol und Dimethylether stellen einen guten Kompromiss aus Handhabbarkeit und Kosten dar. Allerdings entsteht bei der Freisetzung CO2, das anschließend aufgefangen werden muss, damit es nicht emittiert, sondern im Kreis geführt werden kann.
Eines der ersten Anwendungsfälle in der Entwicklung des digitalen Werkzeugs wird das Demonstrationsvorhaben HyHeat sein. Das Forschungszentrum Jülich und die schwartz Gruppe mit Hauptsitz in Simmerath in der Nordeifel zeigen neue Wege, um die CO2-Emissionen zu reduzieren, die bislang mit dem Einsatz fossiler Brennstoffe bei der Wärmebehandlung von Metallen entstehen. Wasserstoff und seine Trägermoleküle spielen dabei eine Rolle. Die Wärmebehandlungsanlagen werden deutschlandweit und weltweit ausgeliefert, wobei nicht alle Kunden mit einer Pipelineanbindung rechnen können. „Wir betrachten den Fall ergebnisoffen und untersuchen alle Optionen, um Wasserstoff bereitzustellen, sowohl die dezentrale Freisetzung aus Wasserstoffträgern als auch die lokale Wasserstoffproduktion oder direkte Anlieferung von Wasserstoff“, sagt Oliver Ulrich. HyHeat läuft bis Ende 2026. Anschließend sollen auch die ersten Ergebnisse für die Möglichkeiten der Wasserstoff-Bereitstellung vorliegen.
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