HYPOS – Von der Speicherung bis zur Verteilung

Gesamtkosten
Gesamtkosten der Energieversorgung, © TU Bergakademie Freiberg

„Aufbau einer grünen Wasserstoffwirtschaft im mitteldeutschen und ostdeutschen Raum“ – dies ist eines der Ziele, auf Basis deren sich die Wasserstoff-Initiative Hydrogen Power Storage & Solutions East Germany (kurz HYPOS) im Jahr 2013 gegründet hat. Für die Umsetzung dieses Ziels identifizierte die Initiative den Auf- und Ausbau der Infrastruktur als wichtiges Schlüsselelement. Die in der Region bereits vorhandenen Infrastrukturen (z. B. Pipelines, Kavernenspeicher) und Potenziale für erneuerbare Energien bieten beste Voraussetzungen. Ausgehend von der HYPOS-Roadmap soll 2026 die erste Salzkaverne zur dynamischen Wasserstoffspeicherung betriebsbereit zur Verfügung stehen und durch Wasserelektrolyse gespeist werden. Aktuell befinden sich insgesamt zwölf Forschungsprojekte in Umsetzung. Bis Mitte 2018 wird diese Zahl voraussichtlich auf 24 ansteigen. Die Vorhaben verteilen sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Produktion über Transport und Speicherung bis hin zur Verwertung. Das Pipelinenetz soll dabei als verbindendes Element fungieren.

In HYPOS wird das Thema der Pipelinenetze mit aktuell vier Forschungsprojekten adressiert.

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H2-Netz: Entwicklung eines Verteilnetzes

In diesem Vorhaben entwickeln die Verbundpartner DBI GUT, TÜV Süd, Mitnetz Gas, Rehau sowie die HTWK Leipzig gemeinsam eine innovative H2-Verteilnetzstruktur, mit der ein kostengünstiger Auf- und Ausbau einer breitflächigen pipelinegebundenen Wasserstoffversorgung ermöglicht werden soll. Das Projekt startete im November 2016 und umfasst ein Gesamtbudget von 3,8 Mio. Euro. Das Kernziel ist Demonstration und Test eines primär mit Kunststoffleitungen ausgestatteten Verteilnetzes. Dafür sollen Rohrleitungen bestehend aus unterschiedlichen Werkstoffen verlegt werden, um die Materialien unter Realbedingungen erproben zu können.

Das Konsortium hat mittlerweile das erste technische Konzept für die einzusetzenden Materialien, Druckstufen und Verlegevarianten erstellt. Die Materialien werden auf der Verteilnetzebene mit Betriebsdrücken von bis zu 22 bar untersucht. Für Hausanschlüsse und Inneninstallationen sind bis zu 500 mbar vorgesehen. Damit können innovative Endgeräte wie zum Beispiel Brennstoffzellen optimal versorgt werden. Untersucht werden nach aktuellem Planungsstand Kunststoffverbundrohre mit Permeationsbarrieren aus Metall und Copolymer (EVOH), hochdruckvernetztes Polyethylen mit PE-Schutzschicht sowie Rohre aus PE 100-RC. Als Verbindungstechniken werden mechanische Komponenten aus Metall und Kunststoff sowie Elektroschweißmuffen eingesetzt.

H2-Home: Entwicklung eines BZ-BHKW

Das bei diesem Vorhaben auf Basis einer PEM-Brennstoffzelle entwickelte Blockheizkraftwerk (BHKW) besitzt eine Leistung von 4,8 kWel. Als Zielvorgabe wird ein elektrischer Wirkungsgrad von über 50 % und ein Gesamtwirkungsgrad von mehr als 95 % anvisiert. Das Konsortium, bestehend aus den Partnern inhouse engineering, TU Freiberg, ENASYS, Fraunhofer IMWS sowie DBI GUT, entwickelt dabei nicht nur das BHKW, sondern untersucht auch die Wirtschaftlichkeit und die Marktpotenziale im Bereich der Gebäudeversorgung. Erste Ergebnisse sowie ein Sicherheitsgutachten liegen hier bereits vom Fraunhofer IMWS und der TU Freiberg vor.

Dabei hat die TU Freiberg auf Basis einer Gebäudesimulation für ein vierstöckiges Mehrfamilienhaus mit der Simulationssoftware TRNSYS® erste Benchmarks für den wirtschaftlichen Einsatz ermittelt (s. Abb. 1). In der Analyse wird zwischen grauem Wasserstoff aus Dampfreformierung fossiler Rohstoffe und grünem Wasserstoff aus windstromgespeister Wasserelektrolyse unterschieden. Die angegebenen Kosten basieren auf einer Literaturrecherche mit Angabe des Median und der unteren und oberen Quartile.

HYPOS-Forum

Die Zwischenergebnisse der Projekte H2-Home, H2-Netz und H2-PIMS wurden detailliert auf dem HYPOS-Forum Anfang November 2017 im BMW-Werk in Leipzig vorgestellt.

www.hypos-eastgermany.de

H2-PIMS: Übergang zu einer H2-Wirtschaft

In dem Forschungsvorhaben Pipeline Integrity Management System (PIMS) wird die Sicherheit des Erdgasnetzes beim Betrieb mit wasserstoffreichen Gasen betrachtet. Im Fokus steht die Identifizierung möglicher wasserstoffinduzierter Schädigungsformen, unter Berücksichtigung der im Bestand installierten Rohrleitungswerkstoffe, der typischen Vorschädigungen und der vorliegenden Betriebsbedingungen. Auf dieser Basis werden für ausgewählte kritische Werkstoffe detaillierte Untersuchungen wie beispielsweise zur Degradationssicherheit durchgeführt. Unter Berücksichtigung dieser Erkenntnisse werden neue Bewertungssysteme zur Überwachung der Betriebssicherheit entwickelt. Des Weiteren wird eine Roadmap zur Umwidmung von Teilabschnitten des bestehenden Erdgasnetzes für den Transport von wasserstoffreichen Gasen, aber auch von reinem Wasserstoff erarbeitet.

H2-MEM: Trennung von CH4-H2-Gemischen

Bei der Entwicklung von kohlenstoffbasierten Membranen zur Trennung von Erdgas-Wasserstoff-Gemischen wurde der erste Meilenstein im Projekt erreicht: Den Wissenschaftlern am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) gelang es in mehreren Versuchsmustern, Maximalwerte der idealen Permselektivität von 225 zu erzielen. Die definierte Hürde einer H2/CH4-Permselektivität bei 200 wurde damit gemeistert.

Die Informationen zu den einzelnen Vorhaben beruhen auf den Zielen und aktuellen Zwischenergebnissen der jeweiligen Projektkonsortien.

Autor: Alexander Spieß, HYPOS e.V., Leipzig

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