H2-Bereitschaft von LNG-Terminals
Weil für den Klimaschutz müssen fossile Energieträger ersetzt werden müssen, was im Fall von Erdgas aktuell durch den Ukraine-Krieg und die Abhängigkeit von russischem Erdgas verstärkt wird, plant die Bundesregierung den Einsatz von vier schwimmenden und den Bau zweier stationärer LNG-Terminals in Brunsbüttel und Stade. Da es sich hierbei – so der VDI – „um langfristige Investitionen handelt“, sollten sich diese Terminals auch für den Import von grünen Gasen wie zum Beispiel flüssigem Wasserstoff (LH2) nutzen lassen. In der aktuellen Situation sei der Bau der Terminals zwar „dringlich“, allerdings sei noch nicht abzusehen, wann darüber Wasserstoff angeliefert werden könne.
Gasterminal Barcelona – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft, für Solarify
Um ein LNG-Terminal auf LH2 umzustellen, müssten mindestens die langlebigen Großkomponenten, wie beispielsweise die Tanks von Beginn an nicht nur für LNG, sondern auch für LH2 geeignet sein. Zu beachten sind hierbei vor allem die deutlichen Temperaturunterschiede: Flüssiges Erdgas hat eine Temperatur von minus 163 Grad Celsius und flüssiger Wasserstoff von minus 253°.
Thermische Isolierung
Die Anforderungen an die thermische Isolierung würden damit deutlich höher gesetzt. Die Anforderungen an die metallischen Werkstoffe fallen ebenfalls etwas höher aus, jedoch nicht so dramatisch: Bereits heute werden im LNG-Bereich Stähle eingesetzt, die sich für Wasserstoff grundsätzlich eignen. Sonst kann es zu Versprödungen und Rissen im Material kommen.
Für die Regasifizierung von flüssigem Wasserstoff benötigt man eine ähnliche (0,35 MJ/Nm3) Wärme wie bei LNG (0,6 MJ/Nm3), bei einem etwas niedrigeren Heizwert von Wasserstoff (10,7 MJ/Nm3 versus 35,7 MJ/Nm3 beim Erdgas). Es würde sich anbieten, die Verdampfer für die Regasifizierung modular erweiterbar zu gestalten, um die nötige Flexibilität bezüglich der erforderlichen Wärmeleistung zu erreichen.
Umgebungswärme einsetzen
Generell wäre es vernünftig, Umgebungswärme (Luft, Seewasser) zur Anwärmung anstelle der Verbrennungswärme einzusetzen. Für die größeren kühleren Luft- und Wassermengen muss jedoch die Umweltverträglichkeit geprüft werden, etwa der Einfluss auf das betroffene Ökosystem. Die LH2-Kälte ist auch energetisch sehr wertvoll, denn aus dieser Kälte lässt sich theoretisch 1,7-mal so viel Kälte gewinnen als aus Erdgas (1,3 MJ/Nm3 versus 0,75 MJ/Nm3). Daher sollte man die LH2-Kälte nach Möglichkeit nutzen, etwa für Prozesskälte-Anwendungen in der Industrie.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Umgang mit dem Boil-off-Gas, das durch die LH2-Verdampfung im Speicherbehälter (bedingt durch unvollkommene thermische Isolation) entsteht. Dieses kann verdichtet und in eine Pipeline eingespeist werden, die hierbei genutzten Verdichter müssen ebenfalls wasserstoffgeeignet sein. Komponenten, die im normalen Betrieb nach einigen Jahren sowieso ausgetauscht werden, wie beispielsweise Maschinen, Ventile oder Messinstrumente, können auch nachträglich für Wasserstoff umgerüstet werden.
Explosionsschutz beachten
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Explosionsschutz. Wasserstoff und Wasserstoffgemische haben höhere Zündgrenzen und eine sehr niedrige Zündenergie, daher gelten strengere Anforderungen an den Explosionsschutz. Dies muss auch bereits jetzt bei der Planung der LNG-Anlage berücksichtigt werden. Ein wesentlicher Sicherheitsaspekt ist dabei die möglichst große Entfernung von allen Aktivitäten, die Zündquellen beinhalten.
Energieverluste vermeiden
Zusammengefasst wird ein Terminal, das für LNG und später für LH2 genutzt werden soll, am besten von Beginn an so geplant und gebaut werden, als würde es ausschließlich mit flüssigem Wasserstoff betrieben. Eine spätere Nachrüstung ist zwar möglich, aber wirtschaftlich nicht sinnvoll, da zu viele Großkomponenten ausgetauscht werden müssten.
Noch ist allerdings nicht klar, in welcher Form Wasserstoff künftig transportiert wird, als LH2 oder alternativ transformiert in Form von beispielsweise grünem Ammoniak oder grünem Methan. Sofern das Ammoniak direkt genutzt werden kann, könnte das Vorteile gegenüber LH2 haben. Wird das grüne Ammoniak wieder in Wasserstoff transformiert, sind die Energieverluste so groß, dass dieser Weg zumindest gegenwärtig schlechter als der LH2-Import abschneidet.
Wenn sich aber in der Zukunft zeigt, dass das Verschiffen in Form von Ammoniak oder grünem Methan wirtschaftlicher ist, so könnten sich die zusätzlichen Investitionen für „H2-Readiness“ jedoch auch als Fehlinvestition erweisen. In der aktuellen Situation ist der Bau der Terminals allerdings sehr dringlich, und wenn die LNG-Terminals einen Gasnotstand mit seinen Folgen für Industrie und Bevölkerung verhindern können, dürften die Kosten für den Neubau von H2-Terminals vermutlich verschwindend gering sein.
Wege zu einer Wasserstoffinfrastruktur
Mit der Entwicklung einer Wasserstoffinfrastruktur beschäftigen sich die Wasserstoff-Leitprojekte TransHyDE und H2Mare. Beide Projekte bestehen aus weiteren Unterprojekten, die sich mit verschiedenen Themen der H2-Infrastruktur befassen. In TransHyDE-ApplHy wird beispielsweise die Infrastruktur für flüssigen Wasserstoff untersucht.
Zudem wird in dem Projekt TransHyDE-Campfire das Potential von Ammoniak als H2-Transportmöglichkeit analysiert. Dabei sollen Demonstratoren für die zentrale und dezentrale Nutzung von Ammoniak sowie Logistikstrukturen für den Ammoniak-Import und die -Verteilung getestet werden. H2Mare-PtX-Wind setzt früher in der H2-Wertschöpfungskette an und untersucht die Möglichkeiten zur Offshore-Produktion von beispielsweise Ammoniak.
->Quelle: blog.vdi.de/h2-readiness-von-lng-terminals