Je nach Produktionsstandort muss Wasserstoff via Schiff, Lkw oder Pipeline zum Ort des Verbrauchs transportiert werden. Der Aufbau einer flächendeckenden Transport-Infrastruktur ist bereits im Gange.
Auf dem Weg zur Klimaneutralität spielt Wasserstoff als Energieträger eine entscheidende Rolle. Denn Wasserstoff kann in großen Mengen gespeichert und über lange Strecken transportiert werden – eine Lösung für die schwankende Erzeugung von erneuerbarem Strom.
Die Technologien und Infrastrukturen für den Wasserstofftransport und dessen Speicherung sind bereits vorhanden oder werden gerade entwickelt. Mit dem Anschluss an das entstehende Wasserstoffnetz bietet sich für viele Verbrauchsbereiche die Chance zum Ausstieg aus fossilen Energieträgern.
Je nachdem, wo er hergestellt wird, muss Wasserstoff über kürzere oder längere Distanzen bis zum Ort des Verbrauchs transportiert werden. Ein Teil des zukünftig benötigten Wasserstoffs wird z. B. aus Ländern wie Norwegen, aber auch aus ferneren Regionen wie Algerien, Namibia oder sogar Australien nach Deutschland importiert werden.
Für solche langen Strecken sind andere Transportmethoden geeigneter als für die Verteilung des Energieträgers innerhalb von Deutschland oder Europa.
Kann Wasserstoff durch Pipelines transportiert werden? Einfache Antwort: ja.
Der Transport via Pipeline ist vorteilhaft für weite Strecken und große Mengen komprimierten Wasserstoffs. Weitere Vorteile sind geringe Energieverluste und niedrige laufende Kosten für die Wartung der Pipeline.
Der Bau eines neuen Pipeline-Netzes würde für sehr hohe Kosten sorgen. Viel besser ist es daher, wenn die bestehenden Erdgas-Pipelines für den Transport von Wasserstoff umgewidmnet werden. In manche Erdgasleitungen wird Wasserstoff bereits heute als Beimischung zur Versorgung eingespeist. Es existieren aber auch einige neue Wasserstoffleitungen.
In Deutschland entsteht aktuell ein 9.040 km langes Wasserstoff-Kernnetz. An dieses schließt das Gasverteilnetz an. Aktuell besteht dieses aus rund 550.000 km Leitungen. Es gibt bereits Umstellungspläne von Erdgas auf Wasserstoff und einzelne Leitungsabschnitte wurden schon erfolgreich angepasst. So können große Mengen Wasserstoff überregional und sogar über Landesgrenzen hinweg in die Versorgungsgebiete transportiert werden.
Im Ruhrgebiet führt eine Wasserstoff-Pipeline über 240 km vom Chemiepark Marl bis nach Castrop-Rauxel und Leverkusen. Im mitteldeutschen Chemiedreieck um Bitterfeld, Schkopau und Leuna gibt es mehrere Wasserstoffleitungen mit einer Gesamtlänge von 150 km. Zusätzlich existieren mehrere kleine Wasserstoffnetze wie die 30 km lange Pipeline von Heide nach Brunsbüttel in Schleswig-Holstein. Bis 2032 soll das 9.040 km lange Wasserstoff-Kernnetz ausgebaut sein.
Wasserstoff kann in Erdgasleitungen transportiert werden – diese müssen zuvor jedoch entsprechend angepasst werden. Man spricht von Ertüchtigung.
Die heutzutage verbauten Gasleitungen bestehen in der Regel aus Kunststoff oder Stahl und sind in den meisten Fällen bereits für den Transport einer Wasserstoff-Beimischung von bis zu 20 Prozent geeignet. Einzelne, auch ältere Leitungen müssen aber noch für den Wasserstofftransport angepasst oder ausgetauscht werden. Im europäischen Verteilnetz sind bereits 96 Prozent der Leitungen H2-ready. Vor allem Anschlüsse, Ventile oder Verdichter müssen noch nachgerüstet werden.
Die geringere Dichte von Wasserstoff im Vergleich zu Erdgas erfordert beim Transport eine höhere Fließgeschwindigkeit. Die auf Wasserstoff umgestellten Gasleitungen können in der Regel etwa 80 bis 90 Prozent der Energietransportkapazität von Erdgas sicherstellen. So können Wasserstoffleitungen eine 8- bis 10-mal höhere Energietransportkapazität als Stromleitungen ermöglichen – wie aus dem Erdgastransport bekannt.
Damit für die Umstellung des Gasnetzes vollständige Handlungs- und Rechtssicherheit besteht, hat der DVGW sein Regelwerk für den Einsatz von bis zu 100 Prozent Wasserstoff angepasst und ergänzt es aktuell um noch wenige weitere Standards.
Der Transport mit Lkw ist sehr flexibel: Wasserstoff kann ganz einfach dorthin gefahren werden, wo er benötigt wird. Allerdings sind die Kosten für eine Fahrt sehr hoch, sodass der Lkw-Transport eher für kleinere Mengen geeignet ist. Durch den Lkw-Transport werden vor allem Wasserstofftankstellen versorgt.
Wasserstoff kann sowohl in komprimierter gasförmiger als auch in flüssiger Form mit dem Lkw transportiert werden. Tendenziell ist der Transport von flüssigem Wasserstoff günstiger und praktischer.
Mit bis zu 50.000 Litern flüssigen Wasserstoffs kann mehr als das 6-fache von gasförmigem Wasserstoff im Tanklaster transportiert werden. Am wirtschaftlichsten ist der Lkw-Transport über Entfernungen von 300 bis 400 km.
Der weltweite Transport von Wasserstoff wird am besten auf dem Seeweg umgesetzt. Geeignet ist der Schiffstransport vor allem für große Mengen und lange Strecken zwischen küstennahen Regionen.
Aufgrund der geringen volumenbezogenen Energiedichte von Wasserstoff, die einen sehr großen Platzbedarf nach sich zieht, ist die Verschiffung von gasförmigem Wasserstoff aktuell keine Option. Für den Schiffstransport muss H2 also verflüssigt oder in Trägerstoffe wie LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers) oder Derivate wie Ammoniak umgewandelt werden.
Für den Transport von flüssigem Wasserstoff (LH2 = Liquid Hydrogen) gibt es bislang nicht viele geeignete Schiffe und zusätzlich ist der Transport von LH2 sehr kostenintensiv. Zudem besteht bei der Verflüssigung noch das Problem der hohen Energieverluste. Daher wird Wasserstoff meist in andere Trägerstoffe umgewandelt, transportiert und am Zielort anschließend rückumgewandelt.
Wasserstoff ist ein farb- und geruchloses Gas, das leicht und flüchtig ist. Deshalb muss es in besonders dichten Behältnissen gelagert und transportiert werden.
Wasserstoff hat eine dreimal höhere gravimetrische Energiedichte als Benzin, das heißt: 1 kg Wasserstoff enthält dreimal mehr Energie als 1 kg Benzin. Gleichzeitig hat Wasserstoff eine sehr geringe volumetrische Energiedichte. Das bedeutet, dass in 1 Liter Wasserstoff nur sehr wenig Energie vorhanden ist. Der Transport von gasförmigem Wasserstoff benötigt somit sehr viel Raum.
Um dieses Problem zu umgehen, kann Wasserstoff verflüssigt werden. Nachteil dabei: der hohe Energiebedarf. Etwa 30 Prozent der eingesetzten Energie gehen beim Verflüssigen von Wasserstoff verloren. Außerdem verdampfen etwa 20 Prozent des flüssigen Wasserstoffs während des Transports.
Mit dem Zug kann Wasserstoff sowohl in gasförmigem als auch in flüssigem Zustand transportiert werden.
Das Konzept von DB Cargo sieht vor, große Mengen grünen Wasserstoffs auf der Schiene zu transportieren: 20 Prozent des Bedarfs kann der DB-Konzern laut eigenen Angaben zu den Verbrauchern bringen. Dazu werden die erprobten Kesselwagen eingesetzt, wenn der Wasserstoff flüssig und in Chemikalien gebunden ist.
Für den Transport von gasförmigem Wasserstoff wurden spezielle Container entwickelt, die das Gas unter hohem Druck transportieren können.
Ammoniak kommt als alternative Transportmethode für Wasserstoff vor allem für sehr lange Strecken infrage. Ein Vorteil des Transports von Ammoniak ist die im Vergleich zu Wasserstoff leichtere Lagerung: Ammoniak wird bereits bei -33 °C flüssig (Wasserstoff erst bei -253 °C). Die Anforderungen an Lagertanks sind deshalb deutlich geringer. Zudem gibt es weltweit bereits bestehende Transport- und Vertriebsinfrastrukturen, die genutzt werden können.
Deutschlands erstes landbasiertes LNG-Terminal, das 2027 in Stade in Betrieb genommen werden soll, wird Ammoniak-ready gebaut. Eine spätere Umstellung von verflüssigtem Erdgas (LNG = Liquefied Natural Gas) auf Ammoniak ist somit möglich.
Der Nachteil ist, dass die Ammoniakherstellung aus Wasserstoff große Mengen an Strom erfordert. Es geht also Energie verloren und zusätzlich sind die Kosten für Umwandlungsanlagen sehr hoch. Außerdem sind beim Ammoniaktransport erhöhte Sicherheitsvorkehrungen nötig, denn Ammoniak ist ein gewässer- und gesundheitsgefährdender Stoff. Wasserstoff hingegen ist ungiftig und nicht wassergefährdend.
Wasserstoff kann mithilfe von LOHCs, also flüssigen organischen Verbindungen, die Wasserstoff speichern, transportiert werden. So kann man das Problem der geringen volumetrischen Energiedichte umgehen und Wasserstoff in andere chemische Verbindungen einbringen. Dies ist vor allem sinnvoll, wenn die neue Chemikalie leichter zu verflüssigen ist – Energie geht jedoch auch hierbei verloren.
Vorteilhaft ist, dass die vorhandenen Infrastrukturen für den Transport von Erdöl und petrochemischen Stoffen genutzt werden können. Die Wiederfreisetzung von Wasserstoff (Dehydrierung) ist jedoch mit Herausforderungen verbunden, die Anlagen und Verfahren müssen zunächst entwickelt werden. Außerdem muss das Trägermaterial zum Ursprungshafen oder Erzeugungsort zurücktransportiert werden, was zusätzlichen Aufwand bedeutet.
Damit der Energieträger Wasserstoff überall dorthin transportiert werden kann, wo er benötigt wird, ist eine flächendeckende Infrastruktur notwendig. Der Bau neuer Wasserstoffleitungen würde hohe Investitionen bedeuten, die Kosten können durch eine Anpassung und Nutzung bestehender Gasleitungen jedoch reduziert werden.
Laut einer Studie des DVGW können die im deutschen Gasnetz verbauten Stahlrohrleitungen ohne Bedenken für den Wasserstofftransport genutzt werden. Nur einzelne Bauteile, und vor allem Verdichtereinheiten und Messanlagen, müssen angepasst oder ausgetauscht werden – ein auch aus Kostensicht überschaubarer Aufwand, weil entsprechende Konzepte bereits vorliegen. [1]
Das bedeutet, dass Wasserstoff im Rahmen der Kommunalen Wärmeplanung mitgedacht werden kann, um einzelne Regionen ohne allzu großen Aufwand über die bestehende Infrastruktur zu versorgen. Mit Umsetzung des H2-Kernnetzes können nicht nur Kommunen, sondern auch Industriestandorte auf die 100 Prozent klimaneutrale Versorgung mit Wasserstoff zurückgreifen.
Schon heute werden Biomethan und Wasserstoff in regional unterschiedlich hohen Anteilen als Beimischung durch das bestehende Gasnetz transportiert. Für das europäische Ziel der Treibhausgasneutralität bis 2050 soll fossiles Erdgas nahezu komplett ersetzt werden. Im Transformationsprozess entsteht eine neue Infrastruktur für grünen Wasserstoff, synthetisches Methan (SNG) und Biomethan. Auch synthetisches Methan ist – sofern zu dessen Produktion CO2 aus Klär- oder Biogasanlagen genutzt wird – eine klimaneutrale Option und kann in unbegrenzten Mengen in das Gasnetz eingespeist werden.
Die Nationale Wasserstoffstrategie der Bundesregierung ist das politische Zielbild für die deutsche Wasserstoffnutzung im Jahr 2030. Darin werden alle Maßnahmen für Erzeugung, Transport und Nutzung von Wasserstoff und seinen Derivaten festgelegt.
Mit ihrer Fortschreibung wurde bestätigt, die heimische Wasserstoffkapazität auszubauen und bis spätestens 2028 ein Wasserstoffstartnetz mit einer Länge von 1.800 km aufzubauen.
Parallel dazu wurde die Planung für ein deutsches Wasserstoff-Kernnetz genehmigt. Es soll das Grundgerüst für die Wasserstoffinfrastruktur werden, ca. 9.040 km umfassen und bis 2032 schrittweise in Betrieb genommen werden. Als „Wasserstoff-Autobahn“ soll das Kernnetz große Verbrauchs- und Erzeugungsregionen für Wasserstoff in Deutschland verbinden, darunter große Industriezentren, Speicherstandorte, Kraftwerke und Importkorridore.
Um den Transformationsprozess zu einer Wasserstoffwirtschaft voranzutreiben, gibt es einige von der Politik geförderte Wasserstoff-Leitprojekte. Für den Transport sind vor allem die TransHyDE-Projekte zu beachten, in deren Rahmen entsprechende Technologien entwickelt und getestet werden.
Auf internationaler Ebene gibt es verschiedene Projekte und Zusammenarbeit, um den Wasserstoffhochlauf gemeinsam zu unterstützen und zeitnah eine effiziente Wasserstoffwirtschaft aufzubauen.
Das größte Kooperationsprojekt ist der „European Hydrogen Backbone“. Das Positionspapier aus dem Jahr 2020 beschreibt die Vision eines europaweiten Wasserstoffnetzes.
Bis 2030 sollen zehn europäische Länder durch ein Wasserstoffnetz von insgesamt 23.000 km Länge verbunden sein. Bis zum Jahr 2040 sollen dann weitere elf Länder angeschlossen und das Pipeline-Netz auf 39.700 km ausgebaut werden. Das Wasserstoffnetz soll dabei zu 69 Prozent aus umgewidmeten Erdgas- und zu 31 Prozent aus neu gebauten Wasserstoffleitungen bestehen.
Wie beim Transport von Erdgas, sind auch beim Wasserstofftransport Sicherheitsmaßnahmen und -standards einzuhalten. Wenn man die spezifischen Eigenschaften von Wasserstoff kennt, kann H2 jedoch sicher verwendet werden. Die Wasserstoffsicherheit unterscheidet sich daher nur wenig von der Sicherheit anderer entzündlicher oder explosiver Stoffe.
Wichtig zu beachten: Wasserstoff ist leicht entzündlich. In Stahl-Pipelines kann Wasserstoff außerdem zu porösen Stellen führen (Wasserstoffversprödung). Grundsätzlich sind die Wandstärken der Leitungen so ausgelegt, dass keine Leckagen auftreten. Nur im Bereich der Armaturenstationen mit oberirdischen Komponenten kann sich theoretisch ein zündfähiges Gemisch bilden. Diese Stationen sind deshalb gegen unbefugtes Betreten abgesichert.
Um die Sicherheitsstandards für den Transport von Wasserstoff festzulegen, arbeitet der Deutsche Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) an einem H2-Regelwerk. Hierin finden sich die Vorgehensweisen zur Absicherung von bestehenden und neu zu bauenden Leitungen. Bruchmechanische Analysen prüfen beispielsweise, ob bestehende Pipelines für den Wasserstofftransport geeignet sind.
Für den Markthochlauf von Wasserstoff ist dessen Transport selbstverständlich ein wichtiges Thema. Um (grünen) Wasserstoff zukünftig an verschiedenen Verbrauchsstationen zu nutzen, muss die Transportinfrastruktur ausgebaut werden. Pipeline, Lkw, Bahn und Schiff ergänzen sich hier mit ihren unterschiedlichen Vor- und Nachteilen.
Wie aus der Erdgasversorgung bekannt, erfordert die Wasserstoffversorgung Importe aus anderen Ländern. Eine gute internationale Zusammenarbeit und Kooperationen verschiedener Art müssen gefördert werden, damit der Wasserstoffmarkthochlauf gelingt. Nur so kann klimaneutraler Wasserstoff Erdgas auf Dauer ersetzen.
Wasserstoff kann gasförmig unter hohem Druck oder in flüssiger Form bei sehr niedriger Temperatur (-253 °C) transportiert werden. Die Besonderheit von Wasserstoff liegt in seiner hohen Energiedichte. Unter normalen Umständen (Temperatur, Luftdruck) verteilt sich die Energie jedoch auf ein großes Volumen. Daher ist zum Transport und zur Speicherung von Wasserstoff innovative Technologie nötig, die diese Eigenschaft berücksichtigt.
Wasserstoff wird je nach Menge, Nutzungsvorhaben und Zielstandort über Pipelines, mit Lkw, per Bahn oder Schiff transportiert. In Pipelines kann Wasserstoff außerdem auch gespeichert werden. Die längerfristige Lagerung ist jedoch in Untertage-Gasspeichern vorgesehen. Deutschland zählt nach den USA, Russland und der Ukraine zu den weltweit größten Wasserstoffspeichernationen. Aktuell besteht ein Speichervolumen von rund 250 TWh, was dem deutschen Energiebedarf von etwa drei Monaten entspricht.
Die Kosten für den Transport von Wasserstoff hängen davon ab, welche Transportvariante genutzt wird und über welche Strecke der Wasserstoff befördert werden soll.
Bei geringen Mengen und kurzen Entfernungen ist der Lkw-Transport von gasförmigem Wasserstoff die wirtschaftlichste Lösung. Tanklaster mit verflüssigtem Wasserstoff sind ab Strecken über 300 km sinnvoll. Bei größeren Mengen und Entfernungen ist hingegen die Pipeline das wirtschaftlichste Transportmedium. Der Schiffstransport ist nur bei Entfernungen von mehreren tausend Kilometern eine Option, da die Kosten für das Binden von Wasserstoff in LOHC oder Ammoniak (das für den Transport per Schiff notwendig ist) sehr hoch sind.
Der Transport von Wasserstoff ist nicht neu und war in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts – in Form von Stadtgas, das zu über 50 Prozent aus Wasserstoff bestand – geübte Praxis in Deutschland. Seit einiger Zeit wird Wasserstoff wieder sicher und vielseitig eingesetzt, man kann also auf langjährige Erfahrungswerte zurückgreifen. Grundsätzlich gilt, dass der Umgang mit Wasserstoff nicht gefährlicher ist als derjenige mit anderen Energieträgern, wenn die entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen eingehalten werden. Im entstehenden DVGW-Regelwerk werden alle Umgangsregeln mit Wasserstoff festgehalten.
Wasserstoff kann sowohl in flüssiger als auch in gasförmiger Form transportiert werden. Je nach Transportmethode ist die eine oder andere Form vorteilhafter. Mehr dazu lesen Sie im Kapitel „Transportmethoden für Wasserstoff“.
Dieser Beitrag wurde von einem Redaktionsteam der wvgw mbH erstellt. Zum Team gehören Redakteurinnen und Redakteure der Fachzeitschrift „DVGW energie | wasser-praxis“ und Mitarbeiter*innen aus dem Bereich digitaler Content bei der wvgw mbH.
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