Im Projekt HyCAVmobil erforscht das DLR, wie sich Wasserstoff sicher und nachhaltig in Salzkavernen speichern lässt
Das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) erforscht und bewertet im Projekt HyCAVmobil (Hydrogen Cavern for Mobility), wie sich Wasserstoff in Salzkavernen speichern und anschließend in Fahrzeugen mit Brennstoffzellen nutzen lässt. Nach Untersuchungen im Labormaßstab folgen hierzu Versuche an einer Testkaverne des Energieunternehmens EWE Gasspeicher, wie das DLR am 17.12.2020 mitteilte.
Laboraufbau der Kavernenbedingungen – Hochdrucktestreaktor (rechts) mit TEmperiereinheit (links) zur Nachbildung von Druck, Temperatur und Wasserstoffatmosphäre – Foto © DLR (CC-BY 3.0)
„Grüner“ Wasserstoff habe als Energieträger ein enormes Potenzial: Er kann Strom aus erneuerbaren Energien speichern und lässt sich über lange Zeit zuverlässig lagern. Ein wesentlicher Bestandteil einer zukünftigen Wasserstoffinfrastruktur würden große Speicher sein. Mit ihrer Hilfe ließen sich saisonale Nachfragespitzen, wie der Beginn der Heizperiode oder Dunkelflauten, sicher abdecken, so die Wissenschaftler des DLR.
„Deutschland verfügt bereits heute über Erdgasspeicher in unterirdischen Salzkavernen. Zusammen mit EWE Gasspeicher prüfen wir, wie wir diese Speicher auch für Wasserstoff nutzen können. Dazu untersuchen und optimieren wir Materialien, Komponenten, Betriebsweisen und Nutzeranforderungen,“ erklärt Prof. Carsten Agert, Direktor des DLR-Instituts für Vernetzte Energiesysteme in Oldenburg.
Im brandenburgischen Rüdersdorf bei Berlin baut EWE Gasspeicher in rund 1.000 Metern Tiefe einen kleinen Kavernenspeicher im Salzgestein. Dort soll ausschließlich Wasserstoff gespeichert werden. Der Bau beginnt Anfang 2021. Erste Forschungsergebnisse seien 2022 zu erwarten, heißt es.
„Als Energiedienstleister sieht sich EWE dabei in besonderer Verantwortung. Die Energiewirtschaft muss der Industrie und anderen privaten wie gewerblichen Verbrauchern alternative und möglichst CO2-freie Energie anbieten“, betont EWE-Vorstandsvorsitzender Stefan Dohler.
Das DLR wird dann die Reinheit des Wasserstoffs beim Ein- und Ausspeisen unter kontrollierten, realen Bedingungen testen. Die Kaverne hat mit 500 Kubikmetern etwa das Volumen eines Einfamilienhauses. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse lassen sich auf Kavernen mit dem 1.000-fachen Volumen übertragen.
„Ziel des Projekts ist es, einige der ‚großen‘ EWE-Erdgaskavernen zukünftig als Speicher für Wasserstoff nutzen zu können“, erläutert Projektleiter und DLR-Forscher Michael Kröner die langfristige Perspektive.
Wasserstoff in hoher Qualität für Elektromobilität
Antriebe mit Brennstoffzellen sind überall dort eine nachhaltige Alternative, wo heute Benzin, Diesel, Kerosin oder Schweröl zum Einsatz kommen. Wasserstoff für Brennstoffzellen muss von besonders hoher Reinheit sein. Schon kleinste Verunreinigungen beeinflussen die Funktion der Brennstoffzelle. Druck und Temperatur können in Kombination unter den spezifischen Bedingungen der Salzkaverne einen Einfluss auf die eingesetzten Materialien haben, beispielsweise Metalle oder Dichtungsstoffe. Lösen sich hieraus Stoffe, können sie den gespeicherten Wasserstoff verunreinigen. Das ist eine Frage, die das DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme untersucht.
Im ersten Schritt bilden die DLR-Forscher die Salzkaverne hinsichtlich des Druckes und der Temperatur nach. „Unter Laborbedingungen haben wir den Vorteil, dass wir die Reinheit des Wasserstoffs vor und nach dem Speichern mit Hilfe der Spurengasanalytik exakt bestimmen können“, erklärt Michael Kröner. „In unseren Hochdrucktestreaktoren können wir in Kombination mit der Gasanalytik die Reaktion vieler Materialen mit Wasserstoff prüfen“. Dabei ist wichtig, ob der Wasserstoff nach dem Speichern in der Kaverne noch den hohen Qualitäts- und Reinheitsanforderungen entspricht für die Brennstoffzellen-Mobilität. Falls der Wasserstoff verunreinigt ist, untersucht das Projektteam auch physikalische Gasfilterverfahren. Diese können die Reinheit des gasförmigen Wasserstoffs wiederherstellen.
Weitere Fragestellungen seien, welche Anlagen und Regelungen nötig seien, um den Wasserstoff unter Druck in der Kaverne ein- und auszuspeisen und wie stabil erneuerbare Energien den dafür notwendigen Strom kontinuierlich liefern könnten. Zudem sei es denkbar, nachhaltigen Wasserstoff direkt vor Ort per Elektrolyse herzustellen und zu speichern. Vor diesem Hintergrund modelliere das DLR die vorgelagerten Stromnetze am Kavernenstandort und ermittle Anforderungen und Betriebskonzepte, um die Wasserstoffkaverne in das bestehende Energiesystem bestmöglich zu integrieren, erklärt Michael Kröner weiter.
Das Projekt HyCAVmobil wird im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie mit insgesamt knapp sechs Millionen Euro durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) gefördert, wovon das DLR eineinhalb Millionen Euro erhält. Die Förderrichtlinie wird von der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW) koordiniert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt.