Ist die Lagerung von chemisch gebundenem Wasserstoff in Form von Metallhydriden eine wirtschaftlich und sicherheitstechnisch attraktive Alternative zur Lagerung als Druckgas oder als tiefkalte Flüssigkeit? Dieser Frage sind Fraunhofer UMSICHT, die Duisburger Hafen AG und GKN Hydrogen im Rahmen einer Machbarkeitsstudie im Projekt HYINPORT nachgegangen. Im Fokus: die mögliche Integration eines Großspeichers in die Infrastruktur des Duisburger Binnenhafens.
„Wir haben den Einsatz von Metallhydridspeichern multikriteriell mit der Speicherung unter Hochdruck oder als Flüssigwasserstoff anhand techno-ökonomischer Kennzahlen verglichen und hinsichtlich der standortspezifischen Integration bewertet“, fasst Lars Paschke von Fraunhofer UMSICHT zusammen. „Dabei haben wir auch sicherheitsrelevante und genehmigungsrechtliche Aspekte beleuchtet und die Kriterien anhand der Wünsche und Anforderungen der Duisburger Hafen AG als einem potenziellen Betreiber der Technologie am Hafen gewichtet.“ Ergebnis: eine erste Einschätzung zur möglichen Integration der Speichertechnologie.
Vorteile und Hemmnisse einer Wasserstoffspeicherung in Metallhydriden
Für das Setting am Duisburger Hafen bringen Metallhydridspeicher Vorteile, aber auch Hemmnisse mit sich. „Bei einer Beschädigung des Speichers kann beispielsweise nur wenig gasförmiger Wasserstoff austreten – anders als bei der Speicherung unter Druck bzw. in flüssiger Form“, so UMSICHT-Wissenschaftler Ulrich Seifert. „Zudem können sich aus der Bindung des Wasserstoffs als Hydrid genehmigungsrechtliche Vorteile ergeben.“ So werden die Mengenschwelle von drei Tonnen Wasserstoff für eine immissionsschutzrechtliche Genehmigungspflicht oder von fünf Tonnen Wasserstoff für die Anwendbarkeit der Störfall-Verordnung erst dann erreicht, wenn wesentlich größere Mengen Wasserstoff zusätzlich im Metallhydrid in chemisch gebundener Form vorliegen.
Diesen genehmigungsrechtlichen und sicherheitsspezifischen Vorteilen stehen Hemmnisse wie höhere Investitionskosten und eine geringere volumetrische Speicherkapazität gegenüber. Als weitere standortspezifische Einschränkung kommt am betrachteten Terminal des Duisburger Hafens hinzu, dass „bei einer Nutzung von Metallhydridspeichern sowohl die für den Betrieb benötigte als auch die abzuführende Wärme nicht ausreichend durch das am Terminal vorliegende Energiesystem bereitgestellt bzw. aufgenommen werden könnte“, erklärt Lars Paschke. „Deshalb müssten dort zusätzlich Wärmepumpen zum Einsatz kommen, was sich negativ auf die Kosten auswirkt.“
Analyse zeigt eine Präferenz für Druckgasspeicher am betrachteten Terminal
Vor dem Hintergrund dieser standortspezifischen und akteursbedingten Voraussetzungen bietet sich für den Einsatz am Duisburger Hafen ein Druckgasspeicher an, so ein Ergebnis der Machbarkeitsstudie. „Das schließt in unseren Augen aber nicht aus, dass die Integration von Metallhydridspeichern unter anderen Standortbedingungen sinnvoll ist“, betont Lars Paschke. „Sind beispielsweise ausreichende Wärme- und Kältequellen vorhanden, die von der Nutzung des Wasserstoffs entkoppelt sind, könnten Metallhydridspeicher systemische Synergieeffekte erschließen.“
Darüber hinaus wurden für den Duisburger Hafen ausschließlich Szenarien für die Anlieferung von Wasserstoff von außerhalb des Terminals betrachtet. Für den Transport ist eine Verdichtung des Wasserstoffs notwendig. Bei lokaler Produktion von Wasserstoff mit einer passenden Elektrolyse könnten Metallhydridspeicher gegebenenfalls positive Kosteneffekte erschließen, da im Gegensatz zur Druckgasspeicherung keine zusätzliche Kompression für die Einspeicherung des Wasserstoffs notwendig wäre. Voraussetzung wäre hierbei ebenfalls, dass die vom Speicher abzuführende Wärme anderweitig verwertet werden kann.
Bild oben: Schnittdarstellung durch ein MH-Speicherrohr mit GKN FeTi-Ronden und Temperierung. Abbildung:
