Wasserstoff-Speicher im Überblick
Möglichkeiten & Lösungen zur Versorgung
Wasserstoff spielt in der Energiewende eine entscheidende Rolle, da durch ihn Energie langfristig gelagert und gespeichert werden kann. Lesen Sie in diesem Ratgeber, was die Methoden zur Wasserstoffspeicherung und die Herausforderungen dabei sind.
Wasserstoff hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber Wind- oder Sonnenenergie: Er lässt sich als Energieträger langfristig speichern und durch umgekehrte Elektrolyse erneut in Energie wie Wärme und Strom umwandeln. Seine Speicherfähigkeit macht Wasserstoff zu einem Schlüsselelement bei der Energieversorgung von morgen.
Dabei muss nicht nur die Herstellung von Wasserstoff energieeffizient sein, sondern auch seine Speicherung. Und das ist gar nicht so einfach. Energieeinsatz, Speicherdichte und schlichtweg Platz für die Lagerung sind Herausforderungen, die es zu lösen gilt, um die Energiewende voranzutreiben.
Welche Methoden bei der Speicherung von Wasserstoff gibt es und was eignet sich am besten für eine energieeffiziente Lagerung? Hier erfahren Sie alles über die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren.
Inhaltsverzeichnis
Lesedauer insgesamt ca. 8 Min
Mit dem chemischen Symbol H (für Hydrogenium) ist – wie Sie vielleicht in unserem Ratgeber bereits lesen konnten – Wasserstoff als Energieträger der Zukunft sehr vielversprechend. Er begegnet uns überall in der Natur – am häufigsten in Wasser (H20).
Denn Wasserstoff kommt in der Natur nur gebunden vor und muss als Energieträger erst gelöst und dann gespeichert werden. Er kann dann in großen Mengen gespeichert und später bei Bedarf in Energie zurück gewandelt und in das lokale Stromnetz eingespeist oder in kleinen Mengen für den Transport gespeichert werden.
Wasserstoffspeicher: Vier Methoden im Check
Für die Wasserstoffspeicherung gibt es verschiedene Methoden.
1. Druckgasspeicherung: leicht und mobil
Bei der Druckgasspeicherung wird gasförmiger Wasserstoff komprimiert und in Drucktanks gespeichert. Die Druckgasspeicherung ist der Wasserstoffspeicher, der sich besonders gut für kleine Mengen wie z. B. für den Lkw-Transport oder in der Industrie an Wasserstofftankstellen eignet. Wo es auf die Größe des Drucktanks ankommt, wie z. B. in Fahrzeugen muss er leicht sein und wenig Platz einnehmen.
Kontaktieren Sie uns jederzeit und wir beraten Sie!
2. Kavernenspeicherung: Für große Mengen
Zur Lagerung von großen Mengen in gasförmigen Zustand kommen unterirdische Kavernenspeicher in Frage. Sie heißen auch Salzkavernenspeicher, da künstlich oder konventionell angelegte Hohlräume in unterirdischen Salzformationen die Lagerstätte für den Wasserstoff bieten.
Diese unterirdischen Gasspeicher haben den Vorteil, dass die physikalischen Eigenschaften des umgebenden Salzes eine natürliche Dichtheit der Kaverne garantieren. Kavernen können auch in anderen Gesteinsschichten oder in ehemaligen Erdgasfeldern gefunden werden.
| Vorteile | Nachteile |
haben eine hohe Speicherkapazität für große | hohe Investitionen für Bau |
langfristige Lagerung möglich, um z. B. Energieschwankungen auszugleichen | Standorte mit passenden geologischen Eigenschaften finden |
abrufbar bei Bedarf |
An Kavernenspeichern für grünen Wasserstoff – also klimaneutral hergestellter Wasserstoff – wird zurzeit geforscht u.a. in Hohlräumen in Salzstöcken in Mitteldeutschland.
3. Flüssiggasspeicherung
Bei der Flüssiggasspeicherung von Wasserstoff wird der Wasserstoff durch Herunterkühlen verflüssigt und in insolierten Kryotanks gespeichert. Das Ganze passiert bei -253 Grad Celsius und hat den Vorteil, dass flüssiger im Vergleich zu gasförmigem Wasserstoff nur ein Fünftel des Volumens besitzt und sich so für den Transport über große Distanz eignet.
Bei so wenig Volumen bekommt "Distanz" eine neue Bedeutung: Wasserstoff, der flüssig gespeichert wird, hat eine sehr hohe Speicherdichte und eignet sich besonders gut für Raketentreibstoff in der Raumfahrt – auf der Erde für Tankschiffe, Tankwagen oder Eisenbahnkesselwagen.
Leider verbraucht das "auf Temperatur bringen", also das Herunterkühlen des Wasserstoffs, ein Drittel der gespeicherten Energie. Erwärmt sich der Wasserstoff kann es zum Boil-Off-Effekt kommen, der Wasserstoff abdampft. Gut isolierte Kryotanks und eine konstante Kühlung sind erforderlich.
Kontaktieren Sie uns jederzeit und wir beraten Sie!
4. Absorptionsspeicher
Bei einem Absorptionsspeicher werden Gase in einem Festkörper oder in einer Flüssigkeit aufgenommen. Diese Methode gibt es für Wasserstoff in der Version Absorption in einem festen, oder in einem flüssigem Trägermedium.
Absorption mit festen Trägermaterialien
Es gibt Materialien, die Wasserstoff über die Oberfläche aufnehmen also absorbieren können. So ein Material ist beispielsweise Kohlenstoff. Trifft das Wasserstoffgas auf die Oberfläche des Kohlenstoffs – also auf die Feststoffoberfläche, dann zerfallen die Wasserstoffmoleküle in ihren atomaren Zustand und dringen in den Kohlenstoff ein.
Auch Metall und Metalllegierungen können als Feststoffspeicher dienen. Sie absorbieren gasförmigen Wasserstoff wie der Kohlenstoff über die Oberfläche. Diese Speicherung in Metallhydrid wird für Spezialanwendungen wie Kleinstspeicher und U-Boote genutzt.
Absorption mit flüssigen Trägermedien
Bei diesem Verfahren wird der Wasserstoff in einem flüssigen Trägermedium gespeichert und transportiert. Flüssige, organische Trägerstoffe, kurz LOHC (für engl. Liquid Organic Hydrogen Carrier) nehmen Wasserstoff mittels Hydrierung auf und speichern diesen. Sie erlauben die drucklose Speicherung unter Raumtemperatur.
Die Speicherdichte ist bei dieser Methode fünf Mal höher als im Vergleich zur Druckspeicherung. Wird dem gebundenen Wasserstoff Wärme wieder zugeführt, lässt er sich mittels Dehydrierung wieder von dem LOCH-Trägermedium lösen, das wiederum nicht verbraucht, sondern recycelt wird und sich für weitere Speicher- und Transportzyklen wiederverwenden lässt.
Flüssige organische Wasserstoffträger sind ungesättigte, meist aromatische Kohlenwasserstoffverbindungen, die ein sehr hohes Speichervermögen aufweisen: Für 1 kg Wasserstoff muss der Drucktank die Größe eines Menschen haben; mit der flüssigen Speicherung im LOHC-System nur einen 20-Liter-Kanister.
Aber auch die Speicherung in einem flüssigen Trägermaterial hat Nachteile. Der Energieverbrauch, um das Gas wieder vom Trägerstoff zu lösen, ist hoch. Vorteile sind, dass der Wasserstoff flüssig in Tankwagen oder durch vorhandene Leitungen transportiert werden kann und ohne ihn dafür unter hohem Energieaufwand abkühlen zu müssen.
Gut zu wissen: Wann spricht man von alternativen Speichern? Druckgasspeicher und Flüssiggasspeicher sind die beiden konventionellen Speicherformen. Alternativen sind Speicherformen, bei denen weder Druck noch Temperatur aufrechterhalten werden müssen, sondern deren Trägereigenschaft auf chemischen und physikalischen Bedingungen beruhen.
Ammoniak für den Transport von Wasserstoff
Ammoniak (NH3) macht aufgrund seiner chemischen Verbindung aus drei Wasserstoffatomen (H) und einem Stickstoffatom (N) im flüssigen Zustand Wasserstoff transportierbar. Wird dem mittels Elektrolyse hergestellten Wasserstoff Stickstoff aus der Luft zugeführt, entsteht Ammoniak.
Beim Ammoniak kann von klimaneutralem Ammoniak gesprochen werden, wenn der Wasserstoff durch Strom aus erneuerbaren Energien hergestellt wurde. Ammoniak transportiert als Wasserstoffträger den Wasserstoff an seinen Zielort z. B. per Schiff.
An seinem Zielort angekommen, wird mithilfe Dehydrierung (Ammoniak-Cracking) das Ammoniak wieder in Wasserstoff und Stickstoff gespalten. Der Wasserstoff als Energieträger kann dann da eingesetzt werden, wo er gebraucht wird.
Ziel der Speicherung
Das Ziel der Speicherung von Wasserstoff ist die langfristige Lagerung, um einen Energievorrat zu schaffen, der bei Bedarf abgerufen werden kann.
Dazu gehört auch, Wasserstoff für verschiedene Anwendungen bereitzustellen: für den Verkehr, für die Industrie, für Produktionsprozesse – und das natürlich mittels grünen Wasserstoffs, der klimaneutral aus erneuerbarer Energie hergestellt wurde.
Ein anderes Ziel ist die Rückverstromung in Zeiten, in denen wenig Sonnenenergie einer Photovoltaik-Anlage und Windkraft in die Stromproduktion fließen können. Gespeicherter Wasserstoff kann dann bei Bedarf abgerufen werden und mittels umgekehrter Elektrolyse in das Stromnetz gespeist werden.
Herausforderungen des Wasserstoff-Speicherns
Wasserstoff ist das häufigste Element im Universum und das leichteste im Periodensystem. Unter Umgebungsbedingungen ist es gasförmig und hat eine geringe volumetrische Energiedichte.
Diese Eigenschaften führen zu einigen Herausforderungen bei der Speicherung. Die größte Herausforderung ist dabei der Energieeinsatz, der für die Speicherung bei beipielsweise der Komprimierung für den Drucktank oder auch die Verflüssigung für den Kryotank eingesetzt werden muss.
Bei all seinen guten Eigenschaften ist es wichtig, den Energieverlust durch die verschiedenen Speicherformen nicht zu vernachlässigen. Bei der Speicherung in einem Festkörper wie Metall kommt das hohe Gewicht hinzu, wodurch der Transport erschwert wird.
Bei der unterirdischen Gasspeicherung müssen geeignete Speicherorte identifiziert werden. Auch müssen Netze und Leitungen unseres heutigen Erdgasnetzes anschlussfähig gemacht werden.
Andere Herausforderungen bei der Speicherung sind:
Qualität von Rheingas
Jetzt den ersten Schritt machen:
Kontaktieren Sie uns, um gemeinsam Großes zu erreichen!
Häufig gestellte Fragen
Wasserstoff wird als Rohstoff, aber auch als Erzeuger von Prozesswärme in vielen Bereichen eingesetzt: In der Industrie zur Stahl- und Metallverarbeitung, im Verkehr als Kraftstoff und auf dem Wärmemarkt als Strom- und Wärmelieferant.
Wasserstoff ist Grundbestandteil vieler Chemikalien wie u.a. Düngemittel oder wird als Kühlmittel in Kraftwerken und industriellen Anlagen verwendet. Bekannt ist das Allround-Talent als Energie für die Technologie der Brennstoffzelle. Lesen Sie hier, für was Wasserstoff noch verwendet wird: Verwendung von Wasserstoff.
