Energieträger Wasserstoff - Grundlagen, Anwendung, Speicherung, Infrastruktur - www.asue.de
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Energieträger Wasserstoff
Grundlagen, Anwendung, Speicherung, Infrastruktur
www.asue.de
Energieträger Wasserstoff 1
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Inhalt E 1 Kenndaten von Wasserstoff
1 Kenndaten von Wasserstoff 2 Wasserstoff wurde 1766 von Henry Cavendish beim
Experimentieren mit Quecksilber und Salzsäure ent-
2 Warum Wasserstoff?
Vergleich mit Erdgas und anderen Energieträgern 4 deckt und von ihm als brennbare Luft bezeichnet.
Unter Umgebungsbedingungen tritt Wasserstoff in
3 Herkunft von Wasserstoff 5
Natürliche Vorkommen 5 der Regel als aus zwei Wasserstoffatomen zusammen-
Erdgas-Dampfreformierung 5 gesetztes Molekül – H2 auf. Die Bezeichnung Wasser-
Methan-Pyrolyse 6 stoff existiert seit 1787. Der Franzose Lavoisier „tauf-
Glycerin-Pyrolyse 6
te“ den Wasserstoff als „hydrogène“ (Altgriechisch:
Elektrolyse 6
Elektrolyse in der Energiewende / Power-to-Gas 8 hydor = Wasser und genes = erzeugend) = Wasser-
Gasgemische 8 Bildner. Obwohl Wasserstoff im Weltall mit über 90 %
Projektkarte: Grüner Wasserstoff in Deutschland 9 aller Atome, das sind rund drei Viertel der gesamten
4 Wasserstoff Anwendung 10 Masse, vorkommt, macht freier Wasserstoff nur etwa
Brennstoffzellen 10 1 % der Erdkruste aus und kommt in der Erdatmosphä-
Wasserstoff in Gasbrennern aller Art 12
re sogar nur in Spuren vor.
KWK-Anlagen 13
Methanisierung von Wasserstoff 13
In chemischer Verbindung mit anderen Elementen ist
5 Wasserstoffspeicherung 14
Unterirdische Wasserstoffspeicherung 14 Wasserstoff auf der Erde jedoch weit verbreitet. Er ist
Druck- und Kryospeicherung 15 das kleinste der Elemente und gleichzeitig das leich-
Flüssigspeicher 16 teste Gas. Der Siedepunkt von Wasserstoff liegt bei
Metallhydrid Speicher 17
-253 °C. Wasserstoff hat im Vergleich zu anderen
Adsorption 19
Energieträgern die höchste massenspezifische, aber
6 Wasserstoffinfrastruktur 20
gleichzeitig auch die geringste volumenspezifische
Wasserstofftransport 20
Beimischungsgrenzen und Leitungsanforderungen 20 Energiedichte.
Wasserstoff im Erdgasnetz: Ausblick 21
Tankstellen 22
7 Zusammenfassung 23
H2
2 Energieträger Wasserstoff
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3 Herkunft von Wasserstoff PROB
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Elektrolyse in der Energiewende / Power-to-Gas Gasgemische
Im Zuge der Energiewende wird elektrische Für einen beschleunigten Ausbau fehlen Die langfristige Nutzung der Gasnetze ist
Energie aus erneuerbaren Quellen (Wind, noch die rechtlichen Rahmenbedin- gegenwärtig Gegenstand umfangreicher
Sonne, Wasserkraft) im Power-to-Gas-Verfah- gungen. So werden z. B. Elektrolyseure Untersuchungen und Abwägungen. Schon
ren (PtG) genutzt, um elektrolytisch Wasser- rechtlich noch als Letztverbraucher und heute ist das in den Leitungen gemäß den
stoff zu erzeugen. Dieser „grüne Wasserstoff“ damit EEG-umlagepflichtig definiert, DVGW-Arbeitsblättern G260 und G262
überführt die natürlichen Energieformen in wodurch die Wirtschaftlichkeit hinfällig transportierte Gas ein Gemisch aus Methan
eine gut speicher- und transportfähige Form. ist. und kleineren Anteilen von Wasserstoff,
Begrifflich wird der so erzeugte „grüne Was- Butan, Propan und anderen Gasen. Es wird
serstoff“ im Energiewirtschaftsgesetz als Um dennoch den notwendigen Aus- diskutiert, den maximalen Anteil von Was-
Biogas eingeordnet (EnWG §3, 10c.). bau voranzubringen, hat der DVGW serstoff auf bis zu 20 % anzuheben und so
2018 zusammen mit Partnern das die großflächige Nutzung erneuerbarer
Der weitere Ausbau der PtG-Leistung erfolgt Projekt PORTAL GREEN gegründet, um Gase zu aktivieren.
derzeit im Rahmen von Pilotanlagen an Orten einen Genehmigungsleitfaden für
mit guten Einspeisemöglichkeiten oder beson- PtG-Anlagen zu erstellen. Nach aktu- Neben erneuerbarem Wasserstoff wird auch
ders viel abgeregelter Windleistung. Ende 2019 eller Praxis werden PtG-Anlagen als mit Erdgas chemisch vergleichbares Bio-
waren in Deutschland 62 PtG-Projekte mit einer chemische Industrieanlagen betrach- methan eingespeist, so dass an der Entnah-
gesamten Anschlussleistung von mindestens tet, womit massive Forderungen sei- mestelle immer eine gewisse Bandbreite an
308 MWel geplant. Deutschlands derzeit größte tens der Behörden verbunden sind. Gasbestandteilen festgestellt werden wird.
in Betrieb befindliche Elektrolyseanlage REFHYNE Dies soll durch den Leitfaden deutlich Sowohl die Hersteller von Anwendungstech-
liefert bei 10 MWp jährlich etwa 1.300 t Wasser- vereinfacht und damit die Umsetzung nik als auch die Gasversorger entwickeln
stoff. Sie steht im rheinländischen Werk Wessel, von PtG-Projekten erleichtert werden, derzeit Lösungen dafür in Form von Abrech-
wird von Shell und ITM Power betrieben und soll da sich Anlagenbauer und genehmi- nungs- und Bilanzierungsmethoden sowie
die dort ansässigen Raffinerien mit CO2-neutra- gende Behörden dann auf gemeinsa- technischen Anpassungen.
lem Wasserstoff versorgen. me Richtlinien berufen können.
Strom
Strom
Strom
Power-to-Gas
BHKW
Pyrolyse C Wärme
Biogas
Elektrolyse
Klein-
Erdgas + Wasserstoff
H2
KWK
Erdgas
+ Wasserstoff
Methani-
sierung
Erdgas
Erdgas
CH4
H2 H2 CH2 CH4
Wärme
Wärme
Wärme
Wärme
ERDGAS + ERNEUERBARE GASE + WASSERSTOFF
8 Energieträger Wasserstoff
WÄRME
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Wasserstoff in KWK-Anlagen Methanisierung von Wasserstoff
Motor-BHKWs Gasturbinen Ist eine direkte Nutzung von Wasserstoff
nicht möglich und der Transport nicht wirt-
Stationäre Gasmotor-Blockheizkraft- Für Gasturbinen gelten die gleichen Aus- schaftlich, kann er zu Methan oder anderen
werke wurden historisch schon an sagen in der Modifikation des Brennrau- Basischemikalien umgewandelt werden.
viele verschiedene Brennstoffe, wie mes wie für Motor-BHKWs. Allerdings
Biogas, Holzgas, Propan, Klärgas etc., beschränken sich die bei den bis 400 kWel So kann Wasserstoff chemisch im soge-
angepasst. Dies erfolgte häufig durch als Mikrogasturbinen bezeichneten KWK- nannten Sabatier-Prozess zusammen mit
Änderungen in der Mischung von Anlagen notwendigen Anpassungen CO2 unter Abgabe von Wärme zu Methan
Brenngas und Verbrennungsluft und meist auf den Brenner. Denn in Gasturbi- umgesetzt werden. Des Weiteren gibt es
durch Anpassungen im Zündregime. nen strömt das heiße Gas erst nach der mit dem Fischer-Tropsch-Prozess ein Ver-
Verbrennung in die sich drehenden Turbi- fahren, in dem Synthesegas (H2 und Koh-
Wegen des abweichenden Brennver- nenschaufeln und kann in seiner Tempe- lenstoffmonoxid – CO) zur Kohlenwasser-
haltens von Wasserstoff müssen gege- ratur leicht so eingestellt werden, dass es stoffsynthese eingesetzt wird und dort
benenfalls die Werkstoffe im Brenn- dort auch ohne Werkstoffanpassung keine Grundlage grüner Erdölersatzstoffe sein
raum der Motoren geändert werden. Schäden verursacht. kann. Zudem gibt es in der Pilotphase be-
Gleiches betrifft die Ventile und die findliche biologische Verfahren, in denen
Zündeinrichtung. Betrachtet man diese Für den Brenner haben Hersteller von Archae-Bakterien unter Sauerstoffab-
Änderungen in Bezug auf das gesamte Gasturbinen bereits technische Lösungen schluss den Wasserstoff zusammen mit CO2
BHKW, so sind die Mehrkosten für die gefunden, mit denen vollmodulierend zu Methan umsetzen.
sogenannte H2-Readiness gering. Ent- zwischen 100 % Methan und 100 % Was-
sprechende Aggregate sind seit 2018 serstoff gefahren werden kann. Wegen der
auf dem Markt. Vielzahl an miniaturisierten Flammen hat
z. B. KAWASAKI seinen entsprechenden
Brenner „Micro-Mix“ getauft.
Energieträger Wasserstoff 13LESE
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Herausgeber
ASUE Arbeitsgemeinschaft für
E
sparsamen und umweltfreundlichen
Energieverbrauch e. V.
Robert-Koch-Platz 4
10115 Berlin
Telefon 0 30 / 22 19 1349-0
info@asue.de
www.asue.de
Bearbeitung
ASUE-Arbeitskreis Erneuerbare Gase
Thomas Wencker
Jürgen Kukuk
Grafik
Kristina Weddeling, Essen
Verlag
wvgw Wirtschafts- und
Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH
Josef-Wirmer-Straße 3
53123 Bonn
Telefon 0228/9191-40
info@wvgw.de
www.wvgw.de
Energieträger Wasserstoff
Bestellnummer: 310929
Stand: Februar 2020
Überreicht durch:
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