Wasserstoff ist ein heißes Thema im Energie-, Kraftstoff- und Nachhaltigkeitssektor. Mit der notwendigen finanziellen Unterstützung durch die öffentliche Hand und der Entwicklung innovativer Anwendungen hat Wasserstoff das Potenzial, der nachhaltige Energieträger der Zukunft zu werden.
Infolgedessen stehen auch Wasserstoff-Pipelines im Mittelpunkt des Interesses. Bedeutet das wachsende Interesse an Wasserstoff, dass die bestehenden Erdgasleitungen geändert oder ersetzt werden müssen? Welches sind die besonderen Anforderungen an Rohrleitungen für gasförmigen und flüssigen Wasserstoff? Welche Risiken sind mit dem Transport von flüssigem Wasserstoff verbunden? In diesem Blog werden wir diese Fragen im Detail beantworten.
Rohrleitungen für gasförmigen Wasserstoff
Auf der ganzen Welt gibt es Millionen von Kilometern an Erdgasleitungen. Diese Leitungen transportieren das Gas zwischen Regionen, Städten oder zwischen verschiedenen Ländern. Gasrohrleitungen haben in der Regel einen großen Durchmesser und bestehen aus Stahllegierungen (im Falle von Hochdruckleitungen) oder, im Falle von Verteilerleitungen, aus Materialien wie Gusseisen, Kupfer, Stahl oder Kunststoff (PVC oder PE).
Mit den gestiegenen Nachhaltigkeitszielen und -richtlinien gerät die Nutzung von Erdgas unter Druck. Daher stellen sich die Hersteller von Rohrleitungen, Gasproduzenten und Regierungen die Frage, ob die bestehenden Infrastrukturen für Erdgas auch für ein nachhaltigeres Gas genutzt werden können: grünen Wasserstoff.
Seit mehreren Jahren wird nach den besten Leitungssystemen für gasförmigen Wasserstoff geforscht, und es hat den Anschein, dass es Möglichkeiten gibt, bestehende Infrastrukturen in sichere Wasserstoffnetze umzuwandeln.
Gasunie, das Unternehmen, das derzeit für den Transport, die Speicherung und die Umwandlung von Erdgas in den Niederlanden zuständig ist, arbeitet an einem Projekt, das die Niederlande zum ersten Land machen würde, in dem das bestehende Erdgasnetz für die Nutzung von Wasserstoff umgerüstet wird.
„Die zusammenhängende nationale Infrastruktur wird nicht nur unsere Häfen und Industriecluster untereinander und mit den Wasserstoffspeichern verbinden, sondern auch mit unseren Nachbarländern. Damit werden die Niederlande für den globalen Wasserstoffmarkt zum Tor nach Europa.“ – Han Fennema, CEO bei Gasunie.
Dass eine bestehende Rohrleitung für Wasserstoff genutzt werden kann, ist jedoch keine Selbstverständlichkeit. Ein Bericht von Hydrogen Europe zeigt, dass es durchaus Möglichkeiten gibt, dass aber nicht jede Infrastruktur gleich ist. Es muss daher geprüft werden, inwieweit für jede Infrastruktur Anpassungen erforderlich sind.
Wo sich die Leitungen für gasförmigen und flüssigen Wasserstoff treffen
Die oben erwähnten Fernleitungen werden für den Transport von gasförmigem Wasserstoff über große Entfernungen verwendet. Aber welche Eigenschaften sollten die Leitungen für den Transport von flüssigem Wasserstoff haben? Und an welchem Punkt wird gasförmiger Wasserstoff in seine flüssige Form umgewandelt?
Einer der Orte, an denen sich gasförmiger und flüssiger Wasserstoff treffen, ist das Botlek-Gebiet in Rotterdam. Hier wird gasförmiger Wasserstoff in großen Reformern erzeugt und anschließend mit Verflüssigungsanlagen verflüssigt. Auf dem Gelände befinden sich sowohl die Rohrleitungen für gasförmigen Wasserstoff als auch die Transferleitungen für flüssigen Wasserstoff, über die diese kryogene Flüssigkeit von den Lagertanks zu den Tankschiffen für den Transport weitergeleitet wird.
Bereits 1988, als die Infrastrukturen für Wasserstoff im Botlek gebaut wurden, war Demaco die erste Wahl für den Bau der kryogenen Infrastrukturen für flüssigen Wasserstoff. Das Netzwerk von vakuumisolierten Transferleitungen im Botlek war das erste große Wasserstoffprojekt, das unsere Ingenieure konstruierten. Mit Erfolg, denn bis heute waren kaum Reparaturen oder Wartungsarbeiten erforderlich.
Transferleitungen für flüssigen Wasserstoff
Der Transport von gasförmigem Wasserstoff ist kompliziert; der von flüssigem Wasserstoff ist, möglicherweise, sogar noch komplizierter. Um Verluste zu vermeiden und optimale Sicherheit zu gewährleisten, müssen die Transferleitungen für flüssigen Wasserstoff besonders gut isoliert sein. Flüssiger Wasserstoff hat eine Temperatur von -252,9 °C und ist damit extrem kalt.
Beim Transport von Flüssigwasserstoff ist Sicherheit das A und O. In Verbindung mit Sauerstoff kann die kryogene Flüssigkeit zu Explosionen führen. Wenn eiskalter Flüssigwasserstoff durch ein Leck in der Transferleitung oder durch unzureichende Isolierung freigesetzt wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der umgebende Sauerstoff kondensiert. Der kondensierte Sauerstoff kann in Verbindung mit flüssigem Wasserstoff zu gefährlichen Situationen führen. Deshalb werden an Transferleitungen für flüssigen Wasserstoff strengere Anforderungen gestellt als an solche für flüssigen Sauerstoff oder flüssigen Stickstoff.
Für die optimale Isolierung von Flüssigwasserstoff-Transferleitungen hat sich die Vakuumisolierung (VIP) bewährt. Dabei wird ein Hochvakuum erzeugt, indem Rohrleitungen oder Systeme doppelwandig ausgeführt werden und die gesamte Luft zwischen diesen Wänden abgesaugt wird. Im Vakuum verbleiben kaum noch Moleküle, so dass keine Wärmeübertragung vom warmen Außenrohr (Vakuummantel) zum kalten Innenrohr (Prozessleitung) stattfinden kann. Auf diese Weise wird ein großer Teil der Umgebungswärme aus dem System bzw. der Leitung ferngehalten.
Vakuumisolierte Transferleitungen haben mehrere Vorteile. Erstens bietet die hohe Qualität der Rohrleitungen einen sehr hohen Wirkungsgrad, so dass die langfristigen Betriebskosten des Systems niedriger sind als bei herkömmlichen Dämmstoffen.
Zweitens benötigen vakuumisolierte Transferleitungen weniger Platz als herkömmliche Dämmstoffe (PIR/PUR, Foamglas, Armaflex, Perlite oder Misselon). Die doppelwandige Konstruktion bietet einen Dämmwert, der so hoch ist, dass er mit den oben genannten Materialien nur erreicht werden kann, wenn mehrere Lagen des Materials aufgebracht werden. Dadurch vergrößert sich der Durchmesser des Rohrs erheblich und gleichzeitig steigt die Gefahr der Sauerstoffkondensation, da herkömmliche Dämmungen weniger diffusionsdicht sind. Ein Sicherheitsproblem, das bei der Vakuumdämmung nicht auftritt.
Schließlich noch ein weiterer Vorteil, den wir bereits in unserem früheren Blog über flüssigen Wasserstoff kurz angesprochen haben. In einigen Industriezweigen ist es vorgeschrieben, dass Flüssigwasserstoff-Transferleitungen aus Sicherheitsgründen mit einem Doppelbehälter ausgestattet sein müssen (sollte die Prozessleitung ein Leck haben, wird dieses durch den Doppelbehälter aufgefangen).
Während andere Isolierungsmethoden den Bau einer zusätzlichen Wand erfordern, um diese Anforderung zu erfüllen, hat die Vakuumisolierung automatisch zwei Wände. Das macht vakuumisolierte Transferleitungen besonders sicher, besonders vielseitig einsetzbar und bei weitem die beste ökonomische Lösung.
Sind Sie interessiert?
Demaco verfügt über rund 30 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von vakuumisolierten Flüssigwasserstoff-Infrastrukturen. Haben Sie Fragen zu unseren Dienstleistungen? Nehmen Sie Kontakt mit uns auf oder schauen Sie sich unsere Produkte und Projekte an, um weitere Informationen zu erhalten.