Bau neuer Erdgas-Pipelines

Neben der Umwidmung von Erdgasleitungen, braucht es für eine bundesweite Wasserstoff-Infrastruktur auch den Bau neuer Pipelines. (Bild: Gascade Gastransport / FNB Gas)

Das Thema Wasserstoff erlebt derzeit geradezu einen Hype. Aktien von Unternehmen im Umfeld schießen in die Höhe und eine Rekordprojekt-Meldung löst die andere ab. Das hat vor allem damit zu tun, dass gerade grüner Wasserstoff – der sauberste in der H2-Farbenlehre – bei vielen als Schlüssel für die Energiewende, ja als das "neue Öl" einer saubereren, nachhaltigeren Weltwirtschaft gilt. Ähnlich wie Öl ist auch H2 als Einsatzstoff, Brennstoff oder Energieträger vielseitig einsetzbar. Gerade in Bereichen, in denen fossile Alternativen schwer zu ersetzen sind, könnte H2 zur Dekarbonisierung beitragen – etwa in der Chemie-, Stahl-, und Zementindustrie oder im Schwerlastverkehr. Mehr über die verschiedenen Einsatzgebiete von Wasserstoff finden Sie in unserem Spezialartikel dazu.

Diese Vorzüge sind auch der Politik nicht entgangen. Sowohl die EU als auch Deutschland haben im Sommer 2020 jeweils ihre eigenen Wasserstoff-Strategien vorgestellt und gestartet. Allein durch das europäische Programm sollen bis 2050 viel Energie und nicht weniger als 470 Mrd. Euro in den Aufbau der Wasserstoffwirtschaft fließen. Und auch die nationalen Pläne sind alles andere als bescheiden: "Wir müssen bei Wasserstoff die Nummer 1 werden", forderte vollmundig etwa der damalige Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier. Und während etwa im Bereich Strom die Energiewende an der Frage der Infrastruktur – Stichwort Nord-Süd-Trasse – zu scheitern droht, soll nun mit grünem Wasserstoff alles anders werden und frühzeitig ein koordinierter Netzentwicklungsplan für ein H2-Netz entstehen. Denn noch existiert kein flächendeckendes Verteilnetz für Wasserstoff – weder in Deutschland noch in Europa.

Wie wird Wasserstoff transportiert?

Der Transport von Wasserstoff stellt eine Herausforderung dar, da dafür entweder hohe Drücke oder tiefkalte Temperaturen notwendig sind. Heute erfolgt der Wasserstoff-Transport – etwa für Tankstellen – fast ausschließlich als verdichtetes Gas in speziellen Druckbehältern auf LKW – der Druck beträgt hier in der Regel 200 oder 300 bar. Grundsätzlich sind heute jedoch auch Drücke bis 700 oder sogar darüber hinaus möglich. Selbst wenn dadurch mehr Wasserstoff in die Behälter passt, sind die Mengen bei dieser Transportart stark begrenzt.

Größere Mengen bei gleichem Speichervolumen lassen sich durch die Verflüssigung des Wasserstoffs erreichen. Da hierfür Temperaturen von -270 °C benötigt werden, sind die Herausforderungen an die Logistik hier jedoch auch deutlich höher. Ein weiteres Problem stellt der hohe Energieaufwand für die Verflüssigung dar, für die etwa 40 % der im Wasserstoff enthaltenen Energie aufgebraucht werden müssen. Weniger energieintensiv ist der Transport per Ammoniak, in den sich Wasserstoff am Entstehungsort umwandeln und am Einsatzort wieder zurückwandeln lässt, oder in flüssigen organischen Trägern, sogenannten LOHC. Beide Varianten sind aber jedoch noch nicht in kommerziellen Maßstab umsetzbar.

Am wirtschaftlichsten – zumindest bei Distanzen bis etwa 10.000 km – lässt sich Wasserstoff jedoch gasförmig per Pipeline transportieren. Auch der von der Bundesregierung berufene Nationale Wasserstoffrat hält diese Option für "das sicherlich einfachste Medium". Wasserstoff kann hier in großen Mengen fließen: Das Unternehmen Neuman & Esser rechnet für eine DN 1000-Pipeline bei einem Druck von 85 bar und einer moderaten Gasgeschwindigkeit von 15 m/s mit einem Volumenstrom von 3,6 Mio. m3/h. Bei voll ausgelasteten Leitungen gestaltet sich der spezifische Transportpreis gering. Die Betreiber der zukünftigen europäischen Pipelinenetzes "European Hydrogen Backbone" gehen hier von nur ca. 0,16 Euro pro kg Wasserstoff je 1.000 km aus. Anders als bei den Herstellungskosten unterscheiden sich die Transportkosten dabei zwischen grünem, blauem und grauem Wasserstoff nicht.

Welche Wasserstoff-Infrastruktur gibt es bereits in Deutschland?

Eine bereits genutzte Möglichkeit für den Transport von H2 ist es, ihn dem Erdgas beizumischen und so ins bestehende Gasnetz einzuspeisen. Derzeit sind in Deutschland bis zu 10 % vol im Erdgas erlaubt. Für ein funktionierendes Zukunftssystem mit grünem Wasserstoff wird es jedoch eigene, dezidierte H2-Leitungen in ganz Deutschland benötigen. Und diese gibt es in kleinem Umfang bereits: Während der Transport zu den wenigen Wasserstofftankstellen vor allem per Lkw läuft, hat die Industrie, dort wo der Bedarf besonders hoch ist, längst eigene Wasserstoff-Pipelines aufgebaut. In Deutschland gibt es so zwei größere regionale H2-Netze, welche die Erzeuger und große Verbraucher wie Chemieunternehmen verbinden.

Luftansicht Chemiepark Marl
Die größte bestehende Wasserstoffleitung in Deutschland verbindet den Chemiepark Marl mit anderen großen Standorten im Ruhrgebiet. (Bild: Evonik)

Die längste dezidierte Wasserstoff-Pipeline in Deutschland betreibt der Industriegase-Konzern Air Liquide im Ruhrgebiet. Das Netz erstreckt sich vom Ausgangspunkt am Standort des Unternehmens im Chemiepark Marl nach Castrop-Rauxel und Leverkusen auf einer Länge von insgesamt 240 km. Auch im sogenannten Mitteldeutschen Chemiedreieck um die großen Standorte Bitterfeld, Schkopau und Leuna gibt es mit 3,6 Mrd. m³/a einen besonders hohen Bedarf an H2 und daher seit Jahrzehnten ein eigenes Netz. Die ebenfalls von einem der Industriegase-Größen – hier ist es Linde – betriebenen H2-Pipelines in der Region haben eine Gesamtlänge von 150 km. Eine dritte Wasserstoffleitung in Deutschland gibt es in Schleswig-Holstein auf 30 km von der Raffinerie in Heide zum Chemcoast Park in Brunsbüttel.

Wie sehen die Pläne für ein nationales H2-Netz in Deutschland aus?

Bei den bestehenden Netzen handelt es sich also um regional begrenzte Netze, die nur für einen kleinen Kreis von Industrieunternehmen zugänglich ist. Das Ziel der Bundesregierung und der großen Gasnetzbetreiber ist jedoch ein deutschlandweites, öffentliches Wasserstoffnetz. "Öffentlich" bedeutet dabei hier, dass der Zugang etwa für jedes Unternehmen, das Wasserstoff erzeugt und einspeist, und für jeden Abnehmer diskriminierungsfrei zu gleichen Entgelten möglich ist – analog zum heutigen Erdgasnetz.

Karte des visionären Wasserstoffnetzes
Das "visionäre Wasserstoffnetz" für Deutschland verbindet große Erzeuger und Verbraucher und hat eine Länge von etwa 5.900 km. (Bild: FNB Gas)

Einen Vorschlag, wie eine solche überregionale Infrastruktur aussehen könnte, haben 2020 die Gas-Fernleitungsnetzbetreiber mit ihrem „visionären Wasserstoffnetz" gemacht. In dem Konzept der FNB Gas, der Vereinigung der Fernleitungsnetzbetreiber, sind Leitungen mit einer Gesamtlänge von etwa 5.900 km vorgesehen, welche die großen Zentren der Wasserstofferzeuger und -verbraucher in den Sektoren Industrie, Mobilität und Wärme in Deutschland sowie Speicher und Importstandorte verbinden. Auch 80 % des deutschen Fahrzeugbestandes und ein Teil des nicht elektrifizierten Schienenverkehrs soll in Reichweite des Netzes liegen, um einen Beitrag zur Verkehrswende zu leisten. Der Clou an dem Vorschlag: Das visionäre Leitungssystem basiert zu über 90 % auf dem bereits bestehenden Erdgasnetz, was die Kosten niedrig halten soll.

Der Startschuss für dieses bundesweite Netz soll dabei im Nordwesten Deutschlands fallen. Bis 2030 könnte in Nordrhein-Westfalen und Niedersachsen das „H2-Startnetz 2030“ mit einer Länge von 1.200 km entstehen. Die Voraussetzungen sind besonders günstig, da dort derzeit ohnehin die Leitungen für Erdgas mit niedrigem Brennwert – sogenanntes L-Gas – abgeschaltet beziehungsweise umgestellt werden. Dem Startplan liegen laut FNB darüber hinaus bereits 31 konkrete Wasserstoffprojekte in der Region zugrunde, darunter Projekte großer industrieller Abnehmer sowie Projekte an Raffineriestandorten. 

Video: H2-Infrastruktur für NRW und Niedersachsen

Eine erste konkrete Umsetzung des H2-Startnetzes soll das Projekt Get H2 Nukleus bringen: Die Unternehmen BP, Evonik, Nowega, OGE und RWE Generation wollen zwischen Lingen und Gelsenkirchen gemeinsam die erste öffentlich zugängliche Wasserstoff-Infrastruktur aufbauen. Geplant sind Leitungen auf einer Länge von 130 km. Davon sind 118 km umgebaute Leitungen des Gas-Fernleitungsnetzes. Die weiteren 12 km sind ein Teilneubau von Evonik, der den Chemiepark Marl mit der BP-Raffinerie in Gelsenkirchen-Scholven verbinden soll. Weitere Startprojekte zum Aufbau einer größeren Wasserstoff-Infrastruktur gibt es außerdem mit dem Reallabor "Westküste 100" in Schleswig-Holstein und dem Hypos-Projekt in Mitteldeutschland. Über weitere wichtige Wasserstoff-Vorhaben lesen Sie und unserem Projekt-Artikel mit interaktiver Karte.

Wie könnte ein europäisches Wasserstoff-Netz aussehen?

Ähnlich wie für Deutschland gibt es auch für Europa bereits Pläne für ein flächendeckendes Wasserstoff-Netz. So haben sich für den sogenannten "European Hydrogen Backbone" insgesamt 23 Infrastrukturbetreiber aus 21 Ländern zusammengetan, um die Vision einer europaweiten Transportinfrastruktur zu realisieren. Diese zielt auf die Errichtung eines Wasserstoffnetzes in ganz Europa ab und rechnet bis 2040 nunmehr mit einer Länge von 39.700 km. Auch danach soll das Netz weiter ausgebaut werden können. Der aktuelle Stand des Backbone verbindet 23 FNB und 21 europäische Länder. Die 2021 aktualisierten Pläne sehen bis 2040 ein Netz mit einer Länge von 39.700 km vor. Auch danach soll das Netz weiter ausgebaut werden können.

Karte European Hydrogen Backbone 2040
So könnte das europäische Wasserstoff-Netz in seinem Ausbaustatus 2040 aussehen. (Bild: European Hydrogen Backbone initiative 2021)

Etwa 69 % des geplanten Wasserstoffnetzes sollen dabei aus umgewidmeten Erdgasleitungen bestehen. Die restlichen 31 % sind neue Anschlussleitungen für künftige Wasserstoffabnehmer in Ländern mit derzeit kleinen Gasnetzen aber voraussichtlich hohem Wasserstoffbedarf und -angebot, wie etwa in Skandinavien. Als Gesamtinvestitionen rechnet das Konsortium mit Kosten von ca. 43 bis 81 Mrd. Euro. Der Bericht davon aus, dass ein Großteil der heutigen Erdgas- und künftigen H2-Infrastruktur Leitungen mit einem Durchmesser von unter 48 Zoll umfassen wird. Soclhe kleinere Leitungen lassen sich kostengünstiger auf Wasserstoff umstellen, führen aber zu etwas höheren Transportkosten pro Kilometer. Ein Transport von 1 kg Wasserstoff über 1.000 km würde damit im Durchschnitt 0,11-0,21 Euro kosten.

CT-Fokusthema Wasserstoff

(Bild: Corona Borealis – stock.adobe.com)

In unserem Fokusthema informieren wir Sie zu allen Aspekten rund um das Trendthema Wasserstoff.

 

  • Einen Überblick über die ausgewählten Artikel zu einzelnen Fragestellungen – von der Herstellung über den Transport bis zum Einsatz von Wasserstoff – finden Sie hier.
  • Einen ersten Startpunkt ins Thema bildet unser Grundlagenartikel.

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