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Infrastruktur für Wasserstoff-Kernnetz
Salzkavernen als flexible Wasserstoffspeicher
Sie sind essenziell um Erdöl und Erdgas zu speichern – perspektivisch sollen Salzkavernen auch als Speicher für Wasserstoff genutzt werden. Wie der optimale Betrieb mit den vergleichsweise kleinen Gasmolekülen sichergestellt wird, testen Forschende aktuell im Pilotprojekt H2CAST Etzel in Niedersachsen.
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Im März hat das Projektteam mit der letzten Tankfüllung Wasserstoff einen Meilenstein erreicht: Rund 90 Tonnen des Gases befinden sich nun mit einem Druck von 170 bar in zwei Salzkavernen. Beide waren zuvor als Speicher für Erdöl oder Erdgas vorgesehen, als Teil von derzeit 75 im Betrieb befindlichen Kavernen am Standort Etzel. Kavernen sind künstlich geschaffene, zylindrisch geformte Hohlräume im Salzgestein in über 1.000 Metern Tiefe im Untergrund. Die im Projekt genutzten Speicher haben ein Volumen von rund ca. 150.000 Kubikmetern und können auf über 600.000 Kubikmeter erweitert werden.
Teil des groß angelegten Pilotprojekts H2CAST Etzel ist das durch das BMWE geförderte Projekt H2CAST „PROVE“. Hier entwickeln die Projektpartner verschiedene hochflexible und multizyklische Betriebsarten im industriellen Maßstab, mit denen Wasserstoff sowohl eingespeichert als auch abgegeben werden kann. Dafür haben sich vier Fachunternehmen und zwei Forschungseinrichtungen als Konsortium zusammengeschlossen, koordiniert von STORAG ETZEL als Eigentümerin der Salzkavernen.
Gespeichertes Gasvolumen durch Kombination mit Sole einstellbar
Durch die Aufteilung auf zwei Kavernen kann das Team aufgrund des (noch) fehlenden Anschlusses an das deutschlandweite Wasserstoff-Kernnetz den Speicherbetrieb mit Be- und Entladezyklen testen, indem das Gas von einer auf die andere Kaverne umgeleitet wird. Das Gasvolumen ist durch das Verdrängen und Einpumpen der ebenfalls in den Hohlräumen erhaltenen Sole flexibel einstellbar. Hierfür haben die Beteiligten eine innovative Anlage für die sogenannte Sole-Pendelung installiert, die den realitätsnahen Betrieb in einem geschlossenen Kreislauf ermöglicht. Dadurch bleibt das Wasserstoffvolumen während der Forschungsarbeiten ohne Verluste erhalten.
„Insbesondere wollen wir zeigen, dass die bereits vorhandenen Anlagen im Kavernenfeld Etzel für die Wasserstoffspeicherung, d.h. für die geringere Molekülgröße von H2, geeignet sind, ohne dass es der Entwicklung neuer Bauteile bedarf. Neben der Umrüstung und des Betriebes der Untergrundspeicher ist die Reinigung des mit Sole und Kohlenwasserstoffen in Kontakt kommenden Speichergases ein wesentlicher Bestandteil der Forschungsarbeiten“, so Carsten Reekers von STORAG ETZEL, Leiter des Verbundprojektes H2CAST.
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Dass Salzkavernen grundsätzlich geeignet sind, ist belegt: „Wir haben bereits nachgewiesen, dass die Kavernen gegenüber Wasserstoff 100 Prozent gasdicht sind“, so Projektleiter Reekers. Dichtheit und Integrität der beiden Kavernen werden durch ein fortlaufendes Monitoring überwacht. Das Unternehmen plant, zu einem Knotenpunkt des geplanten nationalen Wasserstoff-Kernnetzes zu werden.
Forschende ermitteln effizientestes Verfahren zur Reinigung und Verdichtung
Aktuell werden die obertägigen Anlagen fertiggestellt. Hier soll das Gas gereinigt, verdichtet und dessen Qualität überwacht werden, bevor es zur weiteren Nutzung abgegeben wird. Innerhalb des Forschungsprojekts „PROVE“ untersuchen die Forschenden hierfür unterschiedliche Verfahren aus der Erdgasspeicherung hinsichtlich ihrer Funktionalität und Effizienz. Zum Einsatz kommen Absorptionsverfahren zur Gastrocknung (TEG), Temperatur-wechseladsorptionsverfahren auf Feststoffen (TSA) sowie Aktivfilter und Abscheider.
Die Messungen der Wasserstoffzusammensetzung erfolgt kontinuierlich nach jeder Reinigungsstufe über Prozess-Gaschromatographen. „Wir wollen das Verfahren finden, welches für Wasserstoff aus umgerüsteten Kavernen am kostengünstigsten und am zuverlässigsten funktioniert und die erreichten Reinigungsgrade ermitteln. Hier ist es wichtig, das technisch-ökonomische Optimum zu finden", so Reekers.
Entscheidungskonzept für Betreiber von Salzkavernen
Ziel ist es, die hochflexiblen Betriebsweisen im Zusammenspiel der untertägigen und obertägigen Anlagen im realen Betrieb zu testen und zu validieren. Die Ergebnisse sollen auf einen Langzeitbetrieb der Kavernenspeicher vorbereiten. Zudem sollen sie auf andere Standorte übertragbar sein. Hierzu arbeiten die Forschenden auch an einem Gesamtsystemmodell, mit dem die jeweilige Auslegung und die erforderlichen Betriebsparameter für vergleichbare Speicheranlagen festgelegt werden können. Am Ende erhalten Betreiber von Salzkavernen ein Entscheidungskonzept, mit dem sie die Umstellung ihrer Infrastruktur auf Wasserstoff prüfen können. (mb)
