Nachhaltige Nutzung der bestehenden Infrastruktur für Wasserstoffspeicherung & -transport

Um die Versorgungslücken von Erneuerbaren Energien in Zukunft zu schließen, braucht es neue und innovative Möglichkeiten, die produzierte Energie zu speichern. Der im Energiepark Bad Lauchstädt geplante, weltweit erste Untergrundspeicher von Grünem Wasserstoff stellt hierbei einen neuen Meilenstein dar. Durch das angeschlossene Gasnetzwerk wird es zudem möglich, den Grünen Wasserstoff, entsprechend der allgemeinen Versorgungslage, zum Endkunden zu transportieren. 

Für die erste Phase des Reallabors ist ein oberirdischer Wasserstoffspeicher in Kombination mit einer Gasaufbereitungsanlage und einer Gasmengenmessung geplant. Dieser Komplex unterliegt, wie die gesamte Anlage, hohen Sicherheitsstandards. Durch die Errichtung eines Übertagespeichers lässt sich das Projekt schneller verwirklichen, um den Grünen Wasserstoff so früh wie möglich nutzbar zu machen. 

In der zweiten Phase des Projekts soll dann der weltweit erste Untertagespeicher für Grünen Wasserstoff entstehen - ein weiterer wichtiger Schritt zur industriellen Nutzung und Versorgungssicherheit von Grünem Wasserstoff. Für die Speicherung von Gasen unter Tage gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten: Poren- oder Kavernenspeicher. Während bei Porenspeichern das Gas in den Untergrund befördert wird und dort von dem Gestein wie ein Schwamm aufgenommen wird, handelt es sich bei Kavernenspeicher um künstlich erzeugte Hohlräume in der Erde, in die das Gas hineingepumpt wird. In der Regel sind dies ausgeförderte Erdgaslagerstätten (Porenspeicher) oder alte Salzbergwerke (Kavernenspeicher). Im Fall des Energiepark Bad Lauchstädt soll ein schon vorhandener Erdgaskavernenspeicher für die Speicherung des Grünen Wasserstoffs umfunktioniert werden. 

Speicher für Gase sind prinzipiell sehr sicher. Unfälle oder Havarien sind ausgeschlossen, da im Speicher weder Sauerstoff noch Zündquellen vorhanden sind, die für gefährliche Zwischenfälle jedoch zwingend notwendig wären. Unfälle sind deshalb nur an Leitungen der Obertageanlage möglich. Um diese zu verhindern, werden strenge Sicherheitsstandards eingehalten sowie Messgeräte und automatische Abschalteinrichtungen installiert. Austretendes Gas wird so direkt erkannt und der Betrieb der Anlage bei Gefahr heruntergefahren.

Neben diesen Sicherheitsmaßnahmen wurde der Standort des Gasspeichers im Rahmen der HYPOS-Forschungsprojekte H₂-UGS und H₂-Forschungskaverne eingehend geprüft und als für geeignet und sicher eingestuft. 

Verantwortlich für den Speicher ist die VNG Gasspeicher GmbH (VGS), die als drittgrößter Speicherbetreiber in Deutschland auf über nahezu 50 Jahre Erfahrung bei der Speicherung von Gasen und Gasgemischen mit Wasserstoffanteil zurückblicken kann. Die VNG-Tochterfirma ist Experte im Errichten und Betreiben von Untergrundspeichern und den damit zusammenhängenden Prozessen. 

Der Transport von Grünem Wasserstoff kann nach einer Umstellung auch in bereits bestehenden Erdgasleitungen aus Stahl erfolgen. Für den Transport des Grünen Wasserstoffs zum Endkunden wird der Energiepark Bad Lauchstädt daher auf das schon bestehende Gasnetz zurückgreifen. Hierfür wird eine 25 km lange Erdgasleitung, die zum Industriegebiet bei Leuna führt, auf den Transport von reinem Wasserstoff umgestellt. Perspektivisch kann der im Energiepark Bad Lauchstädt produzierte Grüne Wasserstoff später über Verbindungen zur organisch wachsenden Infrastruktur, auch in andere Regionen transportiert werden. Zum Beispiel über das als Important Project of Common European Interest (IPCEI) eingestufte Vorhaben Green Octopus Mitteldeutschland (GO!) Richtung Westen und das Teilprojekt LHyVE, den Wasserstoffring um Leipzig, Richtung Osten. Über diese Einbindungen in den entstehenden European Hydrogen Backbone besteht zudem Zugang zu Importpunkten und weiteren Wasserstoffspeichern.

Die für den Transport genutzte Gasleitung gehört zum Netz des Fernleitungsnetzbetreibers ONTRAS, der sowohl für die Umstellung der Leitung als auch den anschließenden Betrieb zuständig ist. ONTRAS betreibt das 7.700 Kilometer Pipelines umfassende Ferngasnetz in Ostdeutschland und transportiert darin bereits seit vielen Jahren auch Grüne Gase (Biomethan, synthetisches Methan und Erdgas- / Wasserstoffgemisch). 

Vor der Inbetriebnahme wird die für den H₂-Transport genutzte Erdgasleitung durch hochmoderne Diagnosetools geprüft, um etwaige Schwachstellen zu identifizieren und zu beseitigen. Anschließend erfolgt eine Trennung der Leitung vom Erdgassystem und die Einbindung in die Wasserstoffinfrastruktur. Dazu gehört auch die Ausstattung mit geeigneten Steuer-, Regel-, Mess- und Überwachungssystemen, die einen jederzeit sicheren Betrieb gewährleisten. 

Die Wasserstoffleitung soll 2024 in Betrieb gehen und wird mit einem Druck von 30 bar betrieben, wenngleich ein max. Druck von 63 bar möglich wäre. Diesen Maximaldruck nicht zu nutzen, spiegelt die Erkenntnisse u. a. aus dem European Hydrogen Backbone wider, wonach der Pipelinetransport bei einem mittleren Druck ein optimales Betriebsregime ermöglicht. Wie alle Leitungen und Anlagen der ONTRAS wird auch diese Leitung 24/7 aus der Leitzentrale überwacht und gesteuert. Die Überwachungs- und Instandhaltungszyklen werden ggf. dem neuen Medium angepasst. Sicherheitsrelevante Einbauteile (z. B. Armaturen und Druckregelanlagen) sind zudem fernsteuerbar und können somit bei Bedarf ohne Zeitverlust aus der Leitzentrale der ONTRAS bedient werden.

Die Gewährleistung höchster Reinheitsstandards ist entscheidend für die effektive Nutzung des erzeugten Wasserstoffs. Während der Speicherung und des Transports können jedoch Fremdstoffe in den Wasserstoff gelangen, die vor seiner Verwendung entfernt werden müssen. Um Kunden Grünen Wasserstoff in der erforderlichen Qualität und Reinheit bereitzustellen, sind sowohl nach der Speicherung als auch nach dem Transport spezialisierte Gasaufbereitungsanlagen notwendig.

Die erste Station der Gasaufbereitung, die auf dem Gelände der VNG Gasspeicher GmbH (VGS) entsteht, wird durch das DBI – Gastechnologisches Institut gGmbH Freiberg errichtet (DBI) und zukünftig betrieben. Durch die Speicherung in der Kaverne kann der Grüne Wasserstoff Verunreinigungen, wie Wasser, Sauerstoff oder auch Schwefelverbindungen aufweisen, die sich mikrobiologisch in der Kaverne bilden können. Um diese Substanzen zu entfernen, errichtet das DBI auf einer Fläche von etwa 20 mal 30 Metern Anlagen zur Gastrocknung und zur Entschwefelung des Grünen Wasserstoffs. Im Rahmen der wissenschaftlichen Begleitung des Reallabors der Energiewende prüft das DBI hierbei ob neue - effizientere und kostengünstigere - Verfahren zur Aufbereitung von Wasserstoff entwickelt werden können.

Der Transport des Grünen Wasserstoffs durch Pipelines birgt ebenfalls das Risiko der Verunreinigung, beispielsweise durch Erdgasreste, die an den Wanderungen der umgewidmeten Pipeline haften. Um auch solche Verschmutzungen zu beseitigen, werden an der Übergabestation zwischen Pipeline und Abnehmer spezielle Adsorber mit mehreren Schichten (z.B. Spezial-Aktivkohle) installiert. Für den ersten Ankerkunde des Energiepark Bad Lauchstädt, die TotalEnergies Raffinerie in Leun, wird die ONTRAS Gastransport GmbH zwei solcher Adsorber bei der Übergabestation zur Raffinerie errichten und betreiben. Die Adsorber haben jeweils eine Höhe von vier Metern und einen Durchmesser von ca. 1,5 Meter.