Wasserstoff als Energiespeicher in hybriden Kraftwerken
Das Rückgrat der zukünftigen Energieerzeugung werden Kraftwerke mit erneuerbaren Energiequellen sein, vor allem Solar- und Windkraftwerke beziehungsweise Kombinationen davon. Sogenannte hybride (erneuerbare) Kraftwerke, auch „Hybrid Power Plants“ genannt, welche Strom aus erneuerbaren Energiequellen mit einer Speicherung zur anschließenden Rückwandlung eines Teils des Stroms mittels Wasserstoff, gegebenenfalls in Kombination mit anderen Speichertechnologien wie zum Beispiel Batteriespeichern, kombinieren, werden in Zukunft vermehrt entwickelt werden. Solche Kraftwerke ermöglichen es unter anderem Überschussstrom zu nutzen und so die Flexibilität des Elektrizitätssystems zu erhöhen. Die Rückverstromung kann dabei in Gasturbinen mit offenem oder kombiniertem Kreislauf bzw. mittels Brennstoffzellen erfolgen.
Wasserstoff als Brennstoff
In diesem Zusammenhang hat das Interesse an der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff im Energiesektor in den letzten Jahren zugenommen. Weltweit untersuchen und erproben Energieversorgungsunternehmen die Möglichkeit, Wasserstoff zusammen mit Erdgas in kombinierten oder offenen Gasturbinen mitzuverfeuern. Die Verwendung von Wasserstoff in Form von Ammoniak könnte eine weitere Option für die Stromerzeugung sein und wird vor allem in Asien forciert, wo die Mitverbrennung von Ammoniak in Kohlekraftwerken angedacht wird. Kurzfristig kann die Verwendung von Wasserstoff und Ammoniak die Emissionen von bestehenden Kraftwerken verringern. Längerfristig können Kraftwerke, die ausschließlich mit Wasserstoff oder Ammoniak betrieben werden, in Verbindung mit großskaliger Wasserstoffspeicherung die Flexibilität des Elektrizitätssystems erhöhen.
Herausforderungen im Bereich der Wasserstoff Infrastruktur
Neben den höheren Produktionskosten für emissionsarmen Wasserstoff im Vergleich zu Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen sowie und der unklaren Regulierung und Zertifizierung, stellt vor allem der Mangel fehlender Infrastruktur für den Transport und die Speicherung von Wasserstoff ein Hindernis dar, um beispielsweise Regionen, in denen emissionsarmer Wasserstoff kostengünstig produziert werden kann, mit den Zentren der Nachfrage zu verbinden, Schwankungen in Produktion und Nachfrage zu bewältigen, sowie die Resilient des Systems im Falle von Versorgungsunterbrechungen sicherzustellen. Vor allem in Europa finden vermehrt Anstrengungen statt, wo die europäischen Übertragungsnetzbetreiber begonnen haben, die Entwicklung der Wasserstoffinfrastruktur durch die die Initiative „European Hydrogen Backbone“ voranzutreiben. Die notwendigen Investments für den Transport von Wasserstoff und wasserstoffbasierten Kraftstoffen betreffen Pipelines, Speicheranlagen, Terminals und Tankstellen und sind möglichst frühzeitig zu planen, da bei Energieinfrastrukturprojekten im Allgemeinen mit langen Vorlaufzeiten von mehreren Jahren zu rechnen ist.
Das bereits gut entwickelte Netzwerk an Erdgasfernleitungen sowie der zu erwartende Rückgang des Erdgasverbrauchs, machen die Umwidmung dieser bestehenden Infrastruktur für Wasserstoff zu einer sehr guten Möglichkeit, Investitionskosten und -risiko sowie Projekt-Vorlaufzeiten zu senken. In Kombination mit neuen Wasserstoffpipelines können so verschiedene Länder und sogar Kontinente verbunden werden und dem System ein gewisses Maß an Flexibilität verleihen.
Wasserstoffspeicherungn für die Energieversorgung
Die großskalige Speicherung von Wasserstoff in unterirdischen Anlagen wird unter anderem aufgrund der saisonalen Schwankungen basierend auf der Variabilität der erneuerbaren Energieerzeugung sowie zur Erhöhung der Sicherheit unter Berücksichtigung einer möglichen Importabhängigkeit notwendig werden, und möglicherweise Wasserstoffspeicher erfordern, die innerhalb eines Jahres mehrere Zyklen durchlaufen können. Je nach geologischer Verfügbarkeit sind Salzkavernenspeicher, beschichtete Hartgestein-Kavernenspeicher oder poröse Reservoirs mögliche Optionen.
Wasserstofftransport & Energielogistik
Für den Transport von Wasserstoff über weite Entfernungen, wo der Transport per Pipeline nicht möglich ist oder in Regionen ohne geeignete geologische Bedingungen für die unterirdische Speicherung, muss der Wasserstoff verdichtet werden. Unter den vorhandenen Alternativen sind verflüssigter Wasserstoff („Liquid Hydrogen“, LH2) oder Trägerstoffe wie Ammoniak und flüssige organische Wasserstoffträger („Liquid Organic Hydrogen Carriers“, LOHCs) vielversprechende Optionen. Während jedoch die Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak für die Verwendung als Ammoniak bereits gut etabliert ist, sind die erforderlichen Technologien für die Rückumwandlung in Wasserstoff noch nicht im kommerziellen Maßstab verfügbar.
