Die Zukunft der Speicher- und Transportinfrastruktur für Grünen Wasserstoff

Erst eine geeignete Transport-Infrastruktur gewährleistet eine erfolgreiche Wasserstoffwirtschaft. Wie also können flüchtige Wasserstoffmoleküle gespeichert und auf Schiffen, Schienen und Straßen transportiert werden? Zur Versorgung von Abnehmern ohne Anbindung an ein Wasserschoff-Pipelinenetz müssen alternative Speicherungs- und Transportmöglichkeiten von gasförmigem Wasserstoff untersucht werden.

Durch die Kugelform von Hochdruckbehältern soll – im Vergleich zur herkömmlichen Zylinderform – deren Außenhülle weniger belastet werden. So könnten sie in Zukunft per Schiff, Zug oder LKW transportiert werden. Ziel des Projekts Mukran ist es, die gesamte Prozesskette von der Behälterentwicklung über den Prototypenbau bis hin zu einem für den Straßen-, Schienen-, und Schiffsverkehr geeigneten, mobilen Speicher umzusetzen und zu demonstrieren.

Hierzu entwickeln das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Forschungsbereich Polymaterialien und Composite PYCO, und die Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (BTU), Fachgebiet Polymerbasierter Leichtbau unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Holger Seidlitz, zwei Kugelspeicher mit unterschiedlicher Werkstoffzusammensetzung: in einer Variante aus verschiedenen Stahllegierungen und in einer anderen mit einem Innenleben aus Stahl und einer lasttragenden Außenhülle aus hochfesten carbonfaserverstärktem Kunststoff. Durch diese Materialauswahl erhoffen sich die Forscher*innen zum einen eine Kostenersparnis, die die Kugelspeicher konkurrenzfähig macht, zum anderen eine höhere Langlebigkeit sowie eine verbesserte Recyclingfähigkeit.
 
Um die neuen Wasserstoffspeicher mobil zu machen, sollen diese nun in standardisierte Containerformate eingebaut werden. Das erfordert die Entwicklung eines Rahmens, der die Kugelspeicher während des Transports stabil im Container hält. Darüber hinaus gilt es, Lösungen für die Befüllung und Entnahme des gasförmigen Wasserstoffs zu finden und zu erproben.

Das gesamte Vorhaben wird mit rund 19 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und ist Teil des Leitprojektes TransHyDE. Projektpartner*innen sind das Gas- und Wärme-Institut Essen e.V. (GWI), die Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg (BTU), das Fraunhofer-Institut für angewandte Polymerforschung (IAP), der Hafenbetreiber Mukran Port (Fährhafen Sassnitz GmbH), die Hamburger Hafen und Logistik AG (HHLA) und das unabhängige Beratungsbüro cruh21 GmbH.

Zukunftsorientiertes Arbeiten ist dem Projektteam wichtig:

„Für die Erreichung der Klimaschutzziele ist die Versorgung mit Wasserstoff ein wichtiger Baustein. Um die Versorgung flächendeckend zu gewährleisten ist es wichtig, den Wasserstoff innerhalb Deutschlands auch dezentral zu verteilen. Welche Logistik- und Transportmöglichkeit dabei für gasförmigen Wasserstoff möglich und sinnvoll sind, wird am GWI im Rahmen des Projektes untersucht.“
(Janina Senner, Teamleiterin PtX bei dem Gas- und Wärme-Institut Essen e.V.)

„Sowohl zur Erreichung der Klimaschutzziele als auch zur Erweiterung der Unabhängigkeit des deutschen Energiemarktes ist der Ausbau der erneuerbaren Energien und die Speicherung als grüner Wasserstoff eine Grundvoraussetzung. Das Fachgebiet Polymerbasierter Leichtbau der BTU entwickelt dazu zusammen mit den Projektpartnern zwei Typen von Hochdrucktanks. Durch neuartige Fertigungstechnologien, die Optimierung von Prozessabläufen und den Einsatz von Hochleistungswerkstoffen werden die Eigenmassen der Tanks reduziert.“
(Univ.-Prof. Dr.-Ing. Holger Seidlitz, Leiter des Fachgebiets Polymerbasierter Leichtbau und kommissarischer Leiter des Lehrstuhls Füge- und Schweißtechnik der BTU sowie Forschungsbereichsleiter PYCO des Fraunhofer IAP)

„Das Projekt TransHyDE ist für die BTU Cottbus-Senftenberg ein wichtiger Baustein zum Auf- und Ausbau der Forschungsexpertise zur Handhabung von Wasserstoff und den hierzu erforderlichen Technologien. Die Forschung und Entwicklung für die zukünftige Wasserstoffversorgung sowohl im industriellen als auch im privaten Sektor spielt in Brandenburg eine zentrale Rolle. Die Forschung in diesem Projekt wird sicherlich einen bedeutenden Einfluss auf die zukünftige Verteilung des wichtigen, zukunftsweisenden Energieträgers haben." (Prof. Dr.-Ing. habil. Michael Hübner, Hauptberuflicher Vizepräsident für Forschung und Transfer der BTU)

„Die Wasserstoffwirtschaft ist ein zentraler Baustein der Transformation des Energiesektors. Um das Gas unter Aufwendung eines geringen inhärenten Energieanteils zu speichern, bieten sich Hochdrucktanks an. Im Rahmen des Leitprojektes TransHyDE werden am Fraunhofer IAP sphärische CFK-verstärkte Behälter ausgelegt, der Lagenaufbau optimiert und eine Monitoringsystem implementiert. So wird der Industrie durch das Fraunhofer IAP und die Projektpartner eine sichere Speicherlösung mit einem hohen Nutzlastverhältnis bereitgestellt.“    
(Prof. Dr. rer. nat. Christian Dreyer, Stellvertretender Forschungsbereichsleiter PYCO des Fraunhofer IAP und Leiter der Professur Faserverbund-Materialtechnologien der TH Wildau)

„Mit der Beteiligung am Umsetzungsprojekt Mukran verfolgt die HHLA das Ziel, nachhaltige und wirtschaftliche Lösungen für den Transport von Wasserstoff zu entwickeln. Durch die Optimierung der Prozesskette für die Speicherung und den Transport von gasförmigem Wasserstoff sollen die Bereitstellungskosten von grünem Wasserstoff signifikant reduziert werden, um eine wertschöpfende Nutzung zu ermöglichen.“
(Georg Böttner, Projektleiter und Wasserstoff-Koordinator bei der HHLA)

"Die Beteiligung im TransHyDE-Konsortium ermöglicht die Zusammenarbeit von Forschung und Industrie, um gemeinsam den Umsetzungsprozess von neuen Technologien zielführend und zeiteffektiv voran zu Treiben. Nur so können alle einen Beitrag zum Klimaschutz leisten und gleichzeitig die Wirtschaft in Deutschland voranbringen.“
(Claudia Martens, Marketing & Development Industries des Fährhafen Sassnitz, Mukran Port)

„TransHyDE kombiniert die Stärken von Forschung und Industrie, für eine nachhaltige Dekarbonisierung des Wirtschaftsstandortes Deutschland. Die cruh21 bringt hierbei ihre Fähigkeiten im Wissenstransfer sowie der Schnittstellenkommunikation ein. Mein Wunsch für das TransHyDE-Konsortium ist eine interdisziplinäre Zusammenarbeit auf Augenhöhe.“
(Artur Flaum, cruh21)

Über die Wasserstoff-Leitprojekte

Die Wasserstoff-Leitprojekte bilden die bisher größte Forschungsinitiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) zum Thema Energiewende. In den industriegeführten Leitprojekten entwickeln Wirtschaft und Wissenschaft gemeinsam Lösungen für die deutsche Wasserstoffwirtschaft: Serienfertigung von großskaligen Elektrolyseuren (H2Giga), Erzeugung von Wasserstoff auf See (H2Mare), Technologien für den Transport von Wasserstoff (TransHyDE).

Das Leitprojekt TransHyDE entwickelt, bewertet und testet Wasserstoff-Transportlösungen. Ohne eine geeignete Transport-Infrastruktur kann eine Wasserstoffwirtschaft nicht funktionieren, daher sollen in Demonstrations-Projekten vier Transporttechnologien weiter vorangebracht werden: (1) der Wasserstoff-Transport in Hochdruckbehältern, (2) der Wasserstoff-Flüssig-Transport, (3) der Wasserstoff-Transport in bestehenden und neuen Gasleitungen sowie (4) der Transport von in Ammoniak oder dem Trägermedium LOHC gebundenen Wasserstoff.
Mehr Informationen auf der Internetseite des BMBF unter
www.wasserstoff-leitprojekte.de/leitprojekte/transhyde