Wissenswertes zum Thema Wasserstoff und Brennstoffzellen

Die Idee der unterirdischen Speicherung rührt ursprünglich vom Erdgas her, weil dieser fossile Energieträger seit Jahrtausenden unter Tage eingelagert ist und dort noch heute eingelagert wird. Es ist somit durchaus realistisch, dass alte Erdgaslagerstätten zu Wasserstofflagerstätten umfunktioniert werden. Um eine Verunreinigung von Wasserstoff mit Erdgasresten zu vermeiden, könnten anstelle der Erdgashöhlen auch Aquifere oder alte Salzstöcke ausgewaschen und in die entstehenden Freiräume H₂-Gas gepumpt werden. Salzkavernen werden durch gezieltes Auslösen von Salz mithilfe von Wasser erzeugt. Dafür sind folgende Schritte notwendig:

• Abteufen einer Bohrung in den Salzstock
• Installation der Verrohrungen
• Einleiten von Frischwasser in den Salzstock, soltechnisches Erstellen des Kavernenhohlraums und
  Ableiten der entstehenden Sole
• Installation der Bohrlochkomplettierung für den Gasbetrieb
• Erstbefüllung des Speichers

Zylindrische Salzkavernen können Durchmesser von mehr als 50 m und Höhen bis zu 350 m haben und weisen damit ein Volumen von 700.000 m³ und mehr auf. Der Betriebsdruck liegt zwischen etwa 50 und 160 bar, so dass rund 70 Millionen Nm³ Wasserstoff als Arbeitsgas in einer solchen Kaverne speicherbar sind.

Die Ausmaße eines Salzstocks ermöglichen normalerweise die Anlage einer größeren Anzahl von Salzkavernen. Damit kann die Kapazität den Erfordernissen angepasst werden. In Norddeutschland befinden sich zahlreiche Salzstöcke, die für die Anlage von Salzkavernen geeignet sind. Diese wurde allerdings bislang hauptsächlich für die Speicherung von Erdgas genutzt.

Abb. 26: Salzkavernen
Salzkavernen.jpg
Quelle: KBB

Die Kosten der Herstellung einer Salzkaverne bewegen sich in einem vertretbaren Rahmen, wie die Integration von Salzkavernenspeichern in das Erdgasnetz beweist, und werden durch die technischen Installationen und die Energiekosten der Wasser-/Soleförderung dominiert. Die Eignung von Salzkavernen für die Speicherung von Wasserstoff ist für mehrere Fälle nachgewiesen. Ehemals wurde in Frankreich und Deutschland Stadtgas mit seinem hohen Wasserstoffanteil auf diese Art gespeichert, aktuell werden in Teesside, Großbritannien (seit den 1970ern), und in Texas, USA, Wasserstoffkavernen erfolgreich betrieben. Sie dienen zur Anpassung der örtlichen Wasserstofferzeugung und -abnahme.

Die Eignung von Wasserstoffspeichern im geologischen Untergrund lässt sich, was ihre Dichtheit betrifft, anhand der Dicke der Wandung verdeutlichen: Durch 900 m dickes Salzgestein extrem geringer Permeabilität treten auch unter ungünstigen Bedingungen Leckagen höchstens in der Größenordnung von < 0,02 Prozent pro Jahr auf. Die Speicherung von Wasserstoff in Salzkavernen kann somit als durchaus gangbarer Weg betrachtet werden. [Hamelmann, 2008]

Aktuell befassen sich in Deutschland mehrere wissenschaftliche Projekte mit Salzkavernenspeichern. Dabei geht es nun nicht mehr um die grundsätzliche Machbarkeit, sondern um die Erprobung im Rahmen von Energiesystemen. So wird beispielsweise im Projekt HYPOS in einer Modellregion in Ost- und Mitteldeutschland eine bestehende Kaverne über mehrere Jahre hinweg teilweise mit Wasserstoff gefüllt. Im Projekt HyCavMobil geht es ergänzend um die Fragen der Materialbeständigkeit und Wasserstoffqualität im Zusammenhang mit einer großtechnischen Wasserstoffspeicherung in Kavernen für Mobilitätsanwendungen. Die Studie Plan-DelyKaD dagegen untersucht konkrete Potenziale in Norddeutschland und geht der Frage nach, mit welchen Geschäftsmodellen die Produktion und Speicherung von Wasserstoff in Kavernen denkbar wäre.