Mit Wasserstoff-Pipelines zu einem nationalen Wasserstoffnetz
Der geplante Ausbau von Produktionskapazitäten im Bereich des grünen Wasserstoffs macht Lösungen für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff (H2) zwingend erforderlich. Das in dieser Hinsicht größte Potenzial in Deutschland besitzt die Gasinfrastruktur. Neben der Errichtung eines dedizierten Wasserstoffnetzes aus Wasserstoff-Pipelines ist die Nutzung und Umwidmung des bestehenden Gasnetzes Gegenstand intensiver Forschungsarbeit. Dabei geht es sowohl um die Materialtauglichkeit von Werkstoffen als auch um die Entwicklung geeigneter Standards und Sicherheitsvorschriften sowie nationale und internationale Regelungen. Absehbar ist eine Phase, in der auch das existierende Gasnetz einen schrittweise wachsenden Beitrag zur Dekarbonisierung und zur erfolgreichen Kopplung der Sektoren Industrie, Mobilität und Wärme leisten kann.
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Bestehende Wasserstoff-Pipelines in Deutschland
Industriellen Verbrauchern, die ihren Energiebedarf zum großen Teil aus Erdgas beziehen, wie die Stahl- und Chemieindustrie, bietet sich durch den Anschluss an ein Wasserstoffnetz die Möglichkeit zum Ausstieg aus fossilen Energieträgern. Im Ruhrgebiet sowie im mitteldeutschen Chemiedreieck existieren bereits seit Jahrzehnten größere Wasserstoff-Pipelines, die von der Industrie genutzt werden. Entsprechendes Know-how ist also vorhanden. Bei der Wasserstoff-Pipeline im Ruhrgebiet handelt es sich um die längste dedizierte Wasserstoff-Pipeline Deutschlands. Diese 240 km lange Wasserstoff-Pipeline reicht vom Chemiepark Marl bis nach Castrop-Rauxel und Leverkusen.
Im mitteldeutschen Chemiedreieck (um Bitterfeld, Schkopau und Leuna) werden jährlich 3,6 Milliarden m³ Wasserstoff benötigt. Hier kommen verschiedene Wasserstoff-Pipelines zusammen auf eine Länge von 150 km. Zudem gibt es in Deutschland noch die 30 km lange Wasserstoff-Pipeline in Schleswig-Holstein von Heide nach Brunsbüttel. Die Wasserstoff-Pipelines im Ruhrgebiet und im mitteldeutschen Chemiedreieck sind heute Teil von Planungen, Modellregionen für eine grüne Wasserstoffwirtschaft zu schaffen – von der Herstellung über die Speicherung und den Transport bis hin zur Nutzung in diversen Sektoren.
Wasserstoff-Pipelines: Nutzung bestehender Gasnetze
Mit dem Aufbau eines dedizierten Wasserstoffnetzes durch den Bau neuer Wasserstoff-Pipelines sind hohe Investition verbunden. Eine Möglichkeit, Kosten zu reduzieren, bietet sich durch die Nutzung oder Umwidmung bestehender Gasleitungen. Wie tauglich Rohrleitungen, Verdichter, Armaturen etc. für den Transport von Gasen mit einem hohen Anteil von Wasserstoff sind, ist Gegenstand von umfassenden Untersuchungen – etwa zur Wasserstoffversprödung, Bruchzähigkeit, Korrosion oder zur Veränderung von Ex-Zonen. Bei Letzteren handelt es sich um Bereiche, in denen explosionsfähige Atmosphären auftreten können. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen in die Ableitung von Instandhaltungs- und Sicherheitskonzepten ein. Zusammen mit neu zu entwickelnden Standards und regulatorischen Rahmenbedingungen werden sie den Betrieb umgewidmeter Gasleitungen ermöglichen. Vor diesem Hintergrund hat die Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber Gas (FNB Gas) Pläne für das Wasserstoffnetz „H2-Startnetz 2030“ veröffentlicht. Diese sehen vor, ein 1.200 km langes Wasserstoffnetz auf Grundlage des bestehenden Erdgasnetzes zu errichten. Davon wären nur 100 km neu zu bauen. Ende 2022 sollen die ersten Gasleitungen umgestellt sein.
Die Idee, das künftige Wasserstoffnetz aus dem existierenden Gasnetz heraus zu entwickeln, speist sich aus dem bis zum Jahr 2030 geplanten Umstieg von L-Gas auf H-Gas im Nordwesten Deutschlands. Der Unterschied der beiden Gasarten besteht darin, dass H-Gas („High caloric gas“) über einen höheren Methan-Gehalt als L-Gas („Low calorific gas“) verfügt und daher mehr Energie freisetzt. Im Rahmen des zum „H2-Startnetz 2030“ gehörenden Projekts „GET H2 Nukleus“ erfolgt die genannte Umstellung. Dadurch wird es möglich, bisher für den Transport von L-Gas genutzte Leitungen zu modifizieren. Somit wird die Basis für ein Wasserstoffnetz geschaffen, das neben dem innerdeutschen Transport von grünem Wasserstoff auch dessen Import aus dem Ausland ermöglicht, etwa aus den Niederlanden. Um den Aufbau dieses Wasserstoffnetzes mit voranzutreiben, begleitet die TÜV NORD Gruppe die Umwidmung einer im Ruhrgebiet befindlichen Erdgasleitung zum Betrieb mit Wasserstoff.
Erstes öffentlich zugängliche Wasserstoffnetz in Deutschland
Konkretes Ziel von „GET H2 Nukleus“ ist die Errichtung des ersten Wasserstoffnetzes in Deutschland, das offen zugänglich ist. Damit ist gemeint, dass alle Unternehmen, die Wasserstoff herstellen oder einspeisen, sowie sämtliche Abnehmer das Recht haben, diskriminierungsfrei und zu gleichen Preisen auf das Wasserstoffnetz zuzugreifen. Beim Erdgasnetz ist dies bereits der Fall. Das geplante Wasserstoffnetz soll von Lingen nach Gelsenkirchen reichen und 130 km lang sein. Mit 118 km besteht der mit Abstand größte Teil des Wasserstoffnetzes aus transformierten Gasleitungen. Bei den übrigen 12 km handelt es sich um einen Teilneubau für die Verbindung des Chemieparks Marl mit einer Raffinerie in Gelsenkirchen-Scholven.
Auf dem Weg zu einer neuen Gasinfrastruktur für ein Wasserstoffnetz
Schon heute transportieren Deutschlands Gasnetze Biomethan (CH4) und Wasserstoff in regional unterschiedlich hohen Anteilen als Zumischung. Vor dem Hintergrund des Ziels, im Jahr 2050 Treibhausgasneutralität zu erreichen, wird das gesamte deutsche Gasnetz in einen Transformationsprozess einbezogen, bei dem fossiles Erdgas nahezu komplett ersetzt wird. Dabei entsteht im Sinne der Nationalen Wasserstoffstrategie eine neue Gasinfrastruktur für grünen Wasserstoff sowie für synthetisches Methan und Biogas. Gaspipelines bieten neben ihrer Funktion als Transportsystem auch den Vorteil, als flexibler Speicher dienen zu können. Im Gegensatz zu Stromnetzen, bei denen die Menge der ein- und ausgespeisten Energie stets konstant ist, können Gasnetze große Mengen an Energie puffern. Dank der Bandbreite der Drücke, mit denen Wasserstoff-Pipelines betrieben werden können, lassen sich Überkapazitäten ins Netz geben und bei Bedarf wieder entnehmen.
Ein Netz aus Wasserstoff-Pipelines für Europa
Im Positionspapier „European Hydrogen Backbone“ (2020) entwerfen eine Unternehmensberatung und elf Betreiber von Erdgasnetzen die Vision eines europaweiten Wasserstoffnetzes. Auch hier soll das Jahr 2030 der entscheidende Meilenstein werden: Dann sollen bereits zehn Länder aus Europa durch ein Wasserstoffnetz miteinander verbunden sein – Deutschland, Frankreich, Italien, Spanien, die Niederlande, Belgien, Tschechien, Dänemark, Schweden und die Schweiz. Neben umgewidmeten Leitungen für Erdgas kämen auch neue Wasserstoff-Pipelines hinzu, damit die vorhandenen Leitungen verbunden werden können.
Für 2030 wird von den Experten im Positionspapier ein Wasserstoffnetz von 6.800 km Länge angepeilt. Rund 75 % dieses Netzes sollen aus den transformierten Erdgasnetzen bestehen, die übrigen Wasserstoff-Pipelines müsste man noch errichten. In einem zweiten Papier (2021) zum geplanten Wasserstoffnetz durch Europa werden insgesamt 21 europäische Länder berücksichtigt. Während im ersten Positionspapier von einem europäischen Wasserstoffnetz von 23.000 km Länge im Jahr 2040 ausgegangen wird, sind es in der zweiten Version bereits 39.700 km. Dies hängt sowohl mit den zusätzlichen Ländern als auch mit einem beschleunigten Ausbau der Infrastruktur in den Ländern zusammen, die bereits im ersten Papier berücksichtigt wurden. Insgesamt würde das europäische Wasserstoffnetz zu 69 % aus umgewidmeten Erdgasleitungen und zu 31 % aus neuen Wasserstoff-Pipelines bestehen.
