Wasserstoffspeicher

Wasserstoffspeicher sind essenziell für die Energiewende. Sie ermöglichen es, überschüssige Energie aus stark fluktuierenden erneuerbaren Quellen, wie Windkraft und Photovoltaik,  langfristig zu speichern und bei Bedarf wieder verfügbar zu machen. Außerdem bietet Wasserstoff bietet eine vielversprechende Alternative zu fossilen Brennstoffen und unterstützt die Dekarbonisierung. Um die Verbraucher langfristig auf Wasserstoff umzustellen, ist eine bedarfsgerechte Verfügbarkeit von H₂ unabdingbar. Dies macht die effiziente und sichere Speicherung von Wasserstoff zur Schlüsseltechnologie und zum Bindeglied zwischen Erzeugung und Verbrauch.

Wasserstoff ist das leichteste Element im Periodensystem. Es hat eine hohe gravimetrische Energiedichte von 33,33 kWh/kg, aber eine sehr geringe volumetrische Energiedichte von nur 2,8 kWh/m³ bei normalem Druck. Diese Eigenschaften machen innovative Speicherlösungen erforderlich.

Wasserstoff kann auf verschiedene Weise gespeichert werden, je nach Anwendung und Anforderungen an Platz, Sicherheit und Effizienz. Die wichtigsten Methoden sind die gasförmige Speicherung, die flüssige Speicherung, die chemische Speicherung, die physikalische Speicherung und die Speicherung in Feststoffen.

Englisch (Compressed Gaseous Hydrogen, CGH2)

Wasserstoff kann unter hohem Druck in Drucktanks gespeichert werden, typischerweise bei 200 bis 700 bar. Diese Methode wird oft für mobile Anwendungen wie Brennstoffzellenfahrzeuge genutzt, da sie eine schnelle Betankung ermöglicht. Bei der Hochdruckspeicherung wird Wasserstoff in speziellen Tanks bei Drücken von bis zu 700 bar gespeichert. Diese Methode ist weit verbreitet, insbesondere in der Mobilität.

Flüssigwasserstoffspeicherung (LH2)

Bei Temperaturen unter -253 °C kann Wasserstoff in flüssiger Form gespeichert werden. Flüssigwasserstoff benötigt weniger Volumen als gasförmiger Wasserstoff, allerdings ist die Kühlung energieaufwendig und erfordert spezielle Isolierung, um Verdampfungsverluste zu minimieren. Diese Methode erhöht die volumetrische Energiedichte, ist jedoch sehr energieintensiv. Diese Methode wird in der Raumfahrt und in der Wasserstofflogistik verwendet. Flüssigwasserstoffspeicherung wir aktuell auch in der Luftfahrt als Technologie erforscht.

Wasserstoff wird in festen Materialien wie Metallhydriden gespeichert. Diese Technologie ermöglicht eine sichere Speicherung, ist jedoch noch nicht breit verfügbar.

Chemisch gebundene Speicherung (LOHC – Flüssige organische Wasserstoffträger & Metallhydride) 

Wasserstoff kann in flüssigen organischen Wasserstoffträgern (LOHCs) gebunden und bei Bedarf wieder freigesetzt werden. Wasserstoff wird in chemischen Verbindungen wie Ammoniak oder Methanol gespeichert. Diese Methode bietet eine hohe Speicherdichte und ermöglicht eine einfache Transportfähigkeit. 

Kavernenspeicher

Bei der Kavernenspeicherung werden unterirdischer Hohlräume genutzt, um Energie in Form von Wasserstoff zu speichern. Diese Kavernen werden entweder in natürlichen Salzstöcken oder in bereits geleerten Erdgasfeldern angelegt. Durch den Einsatz moderner Technologien können so große Energiemengen sicher und effizient gespeichert werden, was sie zu einer Schlüsseltechnologie für die Zukunft macht.

Jede dieser Speichertechnologien hat spezifische Vor- und Nachteile und wird je nach Anwendungsbereich gewählt, sei es für mobile, industrielle oder stationäre Energiespeicherung.

Der Markt bietet eine Vielzahl von Wasserstoffspeichern, die sich unter anderem durch unterschiedliche Druckniveaus und Materialzusammensetzungen auszeichnen. Zentrale Herausforderungen sind die saisonale Speicherung, die Nachhaltigkeit der Speichertechnologien sowie die effiziente Anpassung an das Gesamtsystem. Die Druckunterschiede zwischen Elektrolyseur (1-10 bar) und Verbrauch (100-700 bar) müssen durch geeignete Kompressionsverfahren überbrückt werden. Die Systemauslegung erfordert eine sorgfältige Abstimmung aller Komponenten wie erneuerbare Energiequellen, Elektrolysetechnologie, Verdichter, Speicher sowie deren Kapazitäten und Drücke, um eine kontinuierliche Versorgung zu gewährleisten. Darüber hinaus spielen die Investitions- und Betriebskosten eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung des Wasserstoffpreises.

AIT unterstützt Unternehmen und Institutionen bei der Umsetzung von Wasserstoffspeicher Projekten durch:

• Technische Machbarkeitsstudien.
• Wirtschaftlichkeits- und Risikoanalysen sowie Marktprognosen.
• Systemauslegungen, Optimierungen und Betriebskonzepte.
• Unterstützung bei der Planung und Umsetzung von H₂-Speicherprojekten.
• Analyse der regulatorischen Rahmenbedingungen.

Die Speicherung von Wasserstoff ist eine zentrale Herausforderung für seine Nutzung als Energieträger. Aufgrund seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften ergeben sich verschiedene technische und wirtschaftliche Herausforderungen, insbesondere in Bezug auf Speicherdichte, Sicherheit, Energieaufwand und Kosten.

Niedrige Energiedichte & hohes Volumen

Obwohl Wasserstoff eine sehr hohe gravimetrische Energiedichte (kWh pro kg) hat besitzt er eine sehr volumetrische Energiedichte (kWh pro m3), weshalb große Mengen Platz zur Speicherung benötigen. Selbst unter hohem Druck oder in flüssiger Form bleibt seine Energiedichte pro Volumeneinheit niedriger als bei fossilen Brennstoffen, was große Tanks und aufwendige Infrastruktur erfordert.