Wasserstoff: Welche Transportmöglichkeiten werden sich durchsetzen?
Berlin. Eine Studie des Weltenergierats kommt zu dem Ergebnis, dass der direkte Transport von Wasserstoff per Schiff wegen der hohen Kosten und hoher technischer Hürden auf Jahre hinaus unrealistisch ist. Der Wasserstoff muss also zunächst umgewandelt oder mit einem speziellen Speichermedium verbunden werden, damit er leichter transportfähig wird.
Der Studie zufolge wird gerade in der frühen Phase der Markteinführung von grünem Wasserstoff die Umwandlung in Ammoniak „die dominante Transporttechnologie“ darstellen. „Soll der zügige Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft in Deutschland gelingen, ist Ammoniak Teil der Lösung“, so das Fazit der Autoren. Ein besonderer Vorteil sei, dass die relevanten Seehäfen in Nordwesteuropa über Flüssiggasterminals verfügten, bei deren Planung bereits eine Umrüstung auf den Import von Ammoniak berücksichtigt worden sei.
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Ammoniak ist ein Wasserstoff-Folgeprodukt, ein sogenanntes Derivat – wie auch Methan und Methanol. Es ist eine chemische Verbindung aus Wasserstoff und Stickstoff und eine der wichtigsten Basischemikalien in der Industrie, etwa zur Düngerherstellung. Allerdings wird das Ammoniak, das heute genutzt wird, auf der Basis von Erdgas hergestellt. Künftig soll ein wachsender Anteil auf der Basis von grünem Wasserstoff produziert werden, es entstünde damit also „grünes Ammoniak“.
Wasserstoff: Umwandlung in Ammoniak ist erprobt, aber gefährlich
Als Vorteile nennen die Autoren den vergleichsweise geringen Energiebedarf für die Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak und die bereits erprobten Logistikketten für den Transport und die Verteilung von Ammoniak. Allerdings unterstreichen sie auch die Schwächen: Ammoniak weise im Vergleich zu anderen Wasserstoffderivaten die höchste Toxizität auf. Es gebe ein „hohes Risiko von Leckagen, inklusive deren potenziell schwerwiegenden Folgen für Mensch und Umwelt“.
Die Frage, auf welchem Weg grüner Wasserstoff aus anderen Kontinenten per Schiff nach Europa kommt, ist für den Wasserstoff-Hochlauf von entscheidender Bedeutung. Fachleute sind sich einig, dass Europa seinen Bedarf nicht aus eigener Produktion wird decken können. Für Deutschland nimmt die Bundesregierung an, dass nur 30 Prozent im Land selbst hergestellt werden können. Grund sind die begrenzten Potenziale von Wind- und Sonnenstrom. Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse hergestellt; dabei wird Wasser in seine Bestandeile Sauerstoff und Wasserstoff aufgeteilt. Für die Elektrolyse werden großen Mengen Strom aus erneuerbaren Quellen benötigt.
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Wind- und sonnenreiche Länder haben daher besonders gute Voraussetzung für die Produktion von grünem Wasserstoff. In Australien, Afrika und Südamerika werden zahlreiche Projekte vorbereitet. Der Transport per Schiff ist dabei die einzig realistische Variante. Pipelineverbindungen kommen aus Kostengründen allenfalls mit Nordafrika in Betracht.
Verflüssigter Wasserstoff: Das Verfahren stellt hohe Anforderungen an das Material
Die Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak kostet Energie. Soll das Ammoniak am Zielort wieder in Wasserstoff zurückverwandelt werden, kommen weitere Umwandlungsverluste hinzu. Lohnt der Aufwand? Lässt sich Wasserstoff nicht direkt verflüssigen und per Tanker transportieren?
Bislang ist das ein wenig erprobtes Vorgehen: Allein ein einziger Tanker befindet sich in Japan seit Januar 2022 im Probebetrieb. Um den Wasserstoff für den Schiffstransport zu verflüssigen, braucht es großen Druck und extrem niedrige Temperaturen. Die Verflüssigung ist unumgänglich, um das Volumen zu reduzieren. Während für die Verflüssigung von Erdgas Temperaturen von minus 160 Grad Celsius ausreichen, müssen es beim Wasserstoff minus 250 Grad Celsius sein. Das stellt hohe Anforderung an das eingesetzte Material und verursacht hohe Kosten. Die direkte Verflüssigung von Wasserstoff zu Transportzwecken ist daher eher ein Zukunftsthema.
Wasserstoff-Umwandlung in Methanol: Hohe Energieverluste
Doch es gibt noch weitere Transportalternativen. Neben Ammoniak stellt die Umwandlung in Methanol schon heute einen gangbaren Weg dar. Dabei wird der Wasserstoff durch Zugabe von CO2 umgewandelt.
Für „grünes“ Methanol muss das CO2 entweder aus Abgasen abgeschieden werden (Carbon Capture) oder aus der Umgebungsluft gewonnen werden (Direct Air Capture). Das flüssige Methanol kann mit bestehender Infrastruktur verschifft werden und eignet sich aufgrund der hohen Energiedichte – so wie auch bei Ammoniak – als Antrieb für Schiffe.
Die CO2-Abscheidungstechnologie verursacht allerdings hohe Kosten, und bei der anschließenden Verbrennung wird das CO2 wieder freigesetzt. In der Studie des Weltenergierats werden die hohen Energieverluste als Hauptnachteil der Methanol-Variante genannt.
Für Transport in speziellen Speichermedien fehlt noch die Infrastruktur
Zu dem Transport von Wasserstoff in verflüssigter Form oder in Form der Wasserstoff-Folgeprodukte Ammoniak oder Methanol kommt der Transport in speziellen Speichermedien in Betracht, den „Liquid Organic Hydrogen Carriers“, kurz LOHC. Dabei wird der Wasserstoff in einer schwer entflammbaren Trägerflüssigkeit auf Kohlenstoffbasis gespeichert und bei Bedarf wieder ausgespeichert. Als Nachteile nennt die Studie des Weltenergierats die derzeit noch hohen Kosten und das Fehlen einer erprobten Infrastruktur.
Erstpublikation: 14.12.2023, 04:03 Uhr.