Machbarkeitsstudie zur wirtschaftlichen H2-Speicherung

Im Forschungsprojekt „Hyinport“ laufen Untersuchungen zur Lagerung von chemisch gebundenem Wasserstoff in Form von Metallhydriden. An der Seite des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (Fraunhofer Umsicht) stehen dabei die Duisburger Hafen AG, die Eigentums- und Managementgesellschaft des Duisburger Hafens sowie GKN Hydrogen. Das Unternehmen entwickelt und vermarktet Systeme, Anlagen und Lösungen für die Nutzung von grüner Energie und Wasserstoff.

In einer Machbarkeitsstudie wollen die Partner nachweisen, dass die Lagerung von Wasserstoff auch in großen Mengen und bei niedrigem Druck möglich, effizient und sicher ist. Die Speicherung großer Wasserstoffmengen erachten sie als vielversprechend vor allem im Bereich kritischer Infrastrukturen wie Bahnanlagen, Krankenhäusern oder Häfen. Denn für deren konstante Versorgung mit grüner Energie bedarf es großer Energiespeichermöglichkeiten. Im Falle eines positiven Ergebnisses planen die Hyinport-Partner, wie sie in einer gemeinsamen Mitteilung bekannt geben, die Integration einer entsprechenden Demonstrationsanlage im Duisburger Hafen.
 
Zum technischen Hintergrund des technischen Speicheransatzes erläutert Guido Degen, CEO von GKN Hydrogen: „Metallhydrid-Speicher lagern Wasserstoff nicht in hochkomprimierter oder verflüssigter Form ein, sondern binden diesen chemisch in einer Metallgitterstruktur.“ Erzeugt werde der Wasserstoff zuvor durch die Elektrolyse, die von grünem Strom gespeist wird.

„Direkt von der Elektrolyse aufgebaut wird ein Druckniveau von etwa 40 bar, das zum Einlagern des Wasserstoffs verwendet wird. Dadurch fallen keine weiteren Energieverbräuche für etwa den Einsatz eines Wasserstoffverdichters an“, so Degen weiter. Die beim Einlagerungsprozess entstehende Wärme könne über die nachfolgende Infrastruktur etwa als Heizwärme zur Verfügung stehen.

Ist der Einlagerungsprozess – also die Bildung von Metallhydriden – abgeschlossen, können die Hydride laut den Partnern über mehrere Jahre unverändert im Tank verbleiben. Bei der Auslagerung erfolgt dann die Umkehrreaktion: Der Tank wird zum Verbraucher geöffnet, das Druckniveau abgesenkt. Um das Metallhydrid auf Temperaturen von etwa 40 bis 60 Grad Celsius zu bringen, eignet sich etwa die Abwärme aus umliegenden Industrieanlagen. Zur Stromerzeugung wird der reine Wasserstoff dann Brennstoffzellen zugeleitet.

Als Insellösung bereits im Einsatz

Zum Einsatz solcher Metallhydrid-Wasserstoffspeicher sagt Ulrich Seifert von der Fraunhofer Umsicht: „Als Insellösungen – zum Beispiel in Naturreservaten oder als Back-up-System – sind solche Speicher bereits implementiert. Wir wollen untersuchen, ob sie als Großspeicher auch kritische Infrastrukturen wie den Duisburger Hafen konstant mit grüner Energie versorgen können.“

In den Fokus ihrer Projektarbeit nehmen die Partner dabei technische, ökologische, wirtschaftliche und auch systemische Kriterien. Wie Anna Greve von Fraunhofer anführt, seien dabei insbesondere zwei Punkte wichtig: „Wir wollen eine Lösung, die zum einen nachhaltig ist und eine effiziente und zuverlässige Energieversorgung über mehrere Jahrzehnte gewährleistet. Zum anderen soll die Technologie sicher in das Gesamtsystem des Duisburger Hafens eingebunden werden – mit Blick auch auf Synergiepotenziale mit umliegenden Akteuren.“

Die Partner sehen die Technologiebewertung und Untersuchung der technisch-rechtlichen Voraussetzungen als erste Phase eines größeren Projektes. Nach Abschluss der konzeptionellen Technologiebewertung könnte der Bau eines Metallhydrid-Wasserstoffspeichers auf dem Gelände des Duisburger Hafens stehen. Dort könnten die Partner in einer Demonstrationsanlage dessen Zusammenspiel mit der umliegenden Infrastruktur testen.