Wasserstoff in der Gas-Infrastruktur

Die Einspeisung von reinem Wasserstoff ins Erdgas-Netz ist nicht neu: Bis Mitte des 20. Jahrhunderts waren dem damaligen Stadtgas gut 50 Prozent Wasserstoff beigemischt – Stadtwerke und Netzbetreiber blicken somit auf langjährige Erfahrungen zurück.

Eine eigene flächendeckende Infrastruktur für Wasserstoff bspw. mit Verteilernetz, Speichern und Tankstellen gibt es nicht. Und es braucht auch keine, da es bereits das bundesweite Gas-Netz gibt, das auch dem Wasserstoff zur Einspeisung und Speicherung zur Verfügung steht. Wie Erdgas kann Wasserstoff unter hohem Druck zusammengepresst oder in flüssiger Form gespeichert werden. Das über 500.000 Kilometer lange Gas-Netz und die existierenden Gas-Speicher bieten gewaltige Speichermöglichkeiten für regenerativ erzeugten Wasserstoff. Dies unterstreicht das Potenzial für grünes Gas in Deutschland, denn schon ein Anteil von 1 Prozent Wasserstoff am jährlichen deutschen Gas-Verbrauch entspricht einem Energiegehalt von 9,3 TWh.

Die Gas-Infrastruktur ist das einzige schon jetzt verfügbare Speichersystem in Deutschland, das diese Menge an Energie aufnehmen und auch wieder abgeben kann – es ist schon heute wasserstoffkompatibel. Zudem verbindet die Gas-Infrastruktur alle Sektoren – Industrie, Haushalt, Gewerbe und Verkehr – miteinander.

Wasserstoff-Drehkreuz für Europa

Mit der Gas-Infrastruktur ist bereits das Fundament für eine erfolgreiche Wasserstoffzukunft gelegt. Richtig umgesetzt, kann die Nationale Wasserstoffstrategie Deutschland zum europäischen Wasserstoff-Drehkreuz machen. Die Gas-Branche steht bereit, um gemeinsam mit Politik und Energiepartnern einen internationalen Markt für Wasserstoff auszubauen.

Anforderungen an die Leitungsinfrastruktur für eine Wasserstoffwirtschaft

Die heute an das Gas-Netz angeschlossenen Kunden sowie weitere potenzielle Kunden haben unterschiedliche Anforderungen an den darin transportierten Energieträger. Diese reichen vom Wunsch nach 100 Prozent Wasserstoff bis hin zu 100 Prozent Methan. Die Gas-Infrastruktur ist in der Lage auf diese Anforderungen zu reagieren bzw. darauf eingestellt zu werden. Dabei kommen unterschiedliche Möglichkeiten zum Tragen, die je nach Notwendigkeit gewählt werden können. Prinzipiell muss im Hinblick auf die Leitungsinfrastruktur zwischen Fernleitungsnetzen und Verteilnetzen unterschieden werden. Während in Verteilnetzen in Abhängigkeit der angeschlossenen Verbraucher eine Zumischung möglich erscheint, sollten Fernleitungsinfrastrukturen für methanhaltige Gase (Erdgas, Biomethan, synthetisches Methan) sowie Wasserstoff weitestgehend getrennt betrieben werden.

Durch die Beimengung von Wasserstoff in Gas-Verteilnetzen verändern sich die brennstofftechnischen Eigenschaften des Gases. Darüber hinaus beeinflussen Wasserstoffbeimengungen chemische Prozesse, für die heute Erdgas stofflich verwendet wird. Auswirkungen von Wasserstoff auf die Gasbeschaffenheit sind insbesondere für die Chemie-, Stahl-, Glas- und Ziegelindustrie relevant. Neben den statischen Beimischungswerten wirken sich vor allem schnelle Schwankungen der Erdgasbeschaffenheit störend auf sensible Prozesse aus. In von sensiblen Verbrauchsanlagen betroffenen Gasnetzbereichen sollte insbesondere die stark fluktuierende Beimischung von Wasserstoff begrenzt werden. Beispielsweise können im Falle einiger bestehender sensibler Industrieanlagen bereits Wasserstoffkonzentrationen i. H. v. 2 Vol.-% einen sicheren Anlagenbetrieb verhindern. Gleichwohl sollte die Infrastruktur selbst als sehr langlebiges Asset bereits frühzeitig für unterschiedliche Gasbeschaffenheiten bereit gemacht werden. In Bereichen ohne sensible Anwendungen, insbesondere im klassischen Gebäudewärmebereich im Verteilnetz, sind bereits heute im Bestand höhere und stärker schwankende Wasserstoffgehalte möglich und können zunehmend erschlossen werden.

Darüber hinaus muss der Aufbau reiner Wasserstoff-Infrastrukturen auf Fernleitungsebene vorangetrieben werden. Dazu ist die Nutzung bestehender Infrastrukturen volkswirtschaftlich effizient und wirkt akzeptanzfördernd. Letzteres gilt auch für die Nutzung der bereits vorhandenen Verteilnetze, die ggf. über wachsende Beimischungen für klimaneutralen Wasserstoff erschlossen und genutzt werden können.

Vision für ein H2-Netz

Vision eines Wasserstoffnetzes, Quelle: FNB Gas
Quelle: FNB Gas

Die deutschen Fernleitungsnetzbetreiber haben bereits einen Vorschlag für ein deutsches Wasserstoffnetz vorgelegt. Das Konzept sieht vor, Regionen zur potenziellen Wasserstofferzeugung mit den großen Verbrauchern von Wasserstoff durch die Nutzung bestehender Gas-Fernleitungen zu verbinden. Das visionäre H2-Netz umfasst 5.900 Kilometer und setzt zu 90 Prozent auf dem bestehenden Gas-Netz auf. In Reichweite dieses H2-Netzes befinden sich:

  • Kavernenspeicher für die potenzielle Nutzung als Wasserstoffspeicher
  • industrielle Abnehmer wie z. B. die chemische Industrie
  • lokale Wasserstoffnetze
  • große Ballungsräume, die durch die Beimischung von Wasserstoff in die regionalen Verteilnetze CO2-Minderungen im Wärmemarkt realisieren können
  • rund 80 Prozent des Fahrzeugbestands und Teile des nicht elektrifizierten Schienenverkehrs, um einen Beitrag zur Verkehrswende zu ermöglichen
  • Regionen mit hohem Aufkommen erneuerbarer Energien zu Wasserstofferzeugung
  • mögliche Importstandorte für Wasserstoff

Um Antworten auf offene Fragen zu finden, wie die Herausforderungen sich künftig ändernder Gasbeschaffenheiten, beispielsweise durch Wasserstoffbeimischungen in Gasnetzen, gelöst werden können, sind Industrie und Gaswirtschaft im engen Austausch.