Wasserstoff steht im Fokus der Aufmerksamkeit. Politik und Industrie investieren in großem Umfang in grünen Wasserstoff als nachhaltigen Kraftstoff und Energieträger. Weltweit werden Infrastrukturen entwickelt, um die großflächige Verteilung dieses vielversprechenden Gases zu ermöglichen.
Um Wasserstoff weltweit nutzen zu können, ist jedoch ein massiver Transport erforderlich. In diesem Blog wird erläutert, warum dieser Transport so wichtig ist und welche Vor- und Nachteile diese drei Energieträger haben: Ammoniak, LOHC (flüssiger organischer Wasserstoffträger) und verflüssigter Wasserstoff.
Warum internationaler Wasserstofftransport?
Während die Nachfrage nach Wasserstoff in bestimmten Teilen der Welt besonders hoch ist, können diese Regionen nicht immer die erforderliche großtechnische Produktion aufnehmen. Die Produktion von grünem Wasserstoff erfordert große Mengen an erneuerbarer Energie und fortschrittliche Elektrolyse-Infrastrukturen, und diese Voraussetzungen setzen besondere Rahmenbedingungen und reichlich Platz voraus.
Ein hervorragendes Beispiel für ein Gebiet mit hoher Nachfrage nach grünem Wasserstoff, in dem die Produktion in großem Maßstab jedoch schwierig ist, ist Europa. Einem Bericht von Roland Berger zufolge wird die Nachfrage nach grünem Wasserstoff in Europa so stark ansteigen, dass im Jahr 2050 viel mehr grüner Wasserstoff benötigt wird, als vor Ort produziert werden kann. Es gibt in Europa einfach keine ausreichenden Möglichkeiten für die Erzeugung erneuerbarer Energien.
Einige Beispiele für sehr geeignete Gebiete für die Erzeugung erneuerbarer Energie sind Chile, Australien und der Nahe Osten. In einigen dieser Regionen wird bereits in großem Maßstab mit der Umwandlung von Strom in grünen Wasserstoff durch Elektrolyse experimentiert.
Die ungleiche weltweite Verteilung von erneuerbaren Energien und Elektrolyseuranlagen macht den internationalen Transport von Wasserstoff unumgänglich, wenn eine globale grüne Wasserstoffwirtschaft realisiert werden soll.
Wasserstoffpipelines und Lastwagen sind die beste Lösung für den Transport über kleinere Entfernungen. Wenn jedoch die Mengen oder die Entfernungen größer werden, sind andere Techniken erforderlich. Drei Energieträger, die diesen Transport ermöglichen können, sind Ammoniak, LOHCs und flüssiger Wasserstoff. Alle drei Methoden werden derzeit eingehend untersucht, und alle drei Methoden haben sowohl Vor- als auch Nachteile.
Wasserstofftransport mit Ammoniak
Die erste Möglichkeit, den Wasserstofftransport in großem Maßstab zu ermöglichen, ist Ammoniak. Ammoniak ist eine Chemikalie, die nicht nur als Rohstoff für Düngemittel, sondern auch für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff verwendet werden kann.
Wie das funktioniert:
Ammoniak als Energieträger für Wasserstoff wird durch Ammoniaksynthese hergestellt. Bei diesem chemischen Prozess reagieren Wasserstoff und Stickstoff, wobei flüssiges Ammoniak entsteht. Diese Flüssigkeit wird in Tanks gelagert und ist somit leicht zu transportieren.
Wenn das Ammoniak seinen Bestimmungsort erreicht, wird es in seine Bestandteile aufgespalten („gecrackt“), wodurch Wasserstoff und Stickstoff freigesetzt werden. Nachdem der Wasserstoff aufbereitet wurde, ist er gebrauchsfertig.
Das Für und Wider:
Der Wasserstofftransport mit Ammoniak hat mehrere Vorteile. So wird Ammoniak schon seit langem in verschiedenen Industriezweigen verwendet, und die Infrastrukturen für die Ammoniaksynthese sind reichlich vorhanden. Außerdem kann Ammoniak in leicht gekühlten Tanks bei -33 °C oder bei Umgebungstemperatur unter einem Druck von 8-10 bar gespeichert werden. Dies macht die Lagerung und den Transport von Ammoniak relativ einfach und kostengünstig.
Leider hat Ammoniak auch Nachteile. Obwohl die Infrastrukturen für die Herstellung von Ammoniak vorhanden sind, ist der Prozess des Aufspaltens von Ammoniak noch relativ neu und nicht energieeffizient. Außerdem sind nach dem Spaltprozess weitere Schritte erforderlich, um den Wasserstoff für die Verwendung zu reinigen.
Schließlich ist Ammoniak ein giftiger Stoff, der bei einem Austritt negative Auswirkungen auf die Luft-, Boden- und Wasserqualität sowie auf die Gesundheit der in der Nähe lebenden Menschen haben kann. Aufgrund der potenziell schädlichen Folgen ist es fraglich, inwieweit die Lagerung und der Transport von Ammoniak eine vertretbare Option darstellt.
Wasserstofftransport mit einem LOHC
Ein flüssiger organischer Wasserstoffträger (Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC) ist eine Flüssigkeit, die in der Lage ist, durch eine chemische Reaktion Wasserstoff zu absorbieren und freizusetzen.
Wie das funktioniert:
Der LOHC wird durch eine Hydrierungsreaktion mit Wasserstoff in Kontakt gebracht, um Wasserstoff zu absorbieren. Diese chemische Reaktion findet unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur sowie unter Anwesenheit eines Katalysators statt. Der LOHC kann, auch wenn er mit Wasserstoff verschmolzen ist, einfach unter atmosphärischen Bedingungen gelagert oder transportiert werden.
Wenn der Wasserstoff nach einer gewissen Zeit wieder benötigt wird oder am Zielort angekommen ist, wird der LOHC dehydriert. Auch dieser Prozess erfordert eine erhöhte Temperatur und einen Katalysator.
Verschiedene Stoffe können als LOHC verwendet werden. Ein gutes Beispiel ist Dibenzyltoluol. Dieses „Trägermaterial“ kann mit der oben beschriebenen Technik große Mengen an Wasserstoff aufnehmen. In 1 m3 LOHC können bis zu 56 kg Wasserstoff gespeichert werden.
Das Für und Wider:
Auch der Wasserstofftransport mit einem LOHC hat seine Vor- und Nachteile. Ein bekannter Vorteil ist, dass das Verfahren relativ kostengünstig und sicher ist. Außerdem handelt es sich bei LOHC um eine dieselähnliche Substanz, die unter Atmosphärendruck und -temperatur mit normalen Fahrzeugen für Benzin oder Diesel transportiert werden kann.
Allerdings hat diese Methode auch einige Nachteile. Erstens erfordert die Dehydrierung viel Wärme und damit Energie. Bei einem großtechnischen Einsatz können die Kosten daher erheblich ansteigen. Außerdem verursacht die Herstellung von LOHC zusätzliche CO2-Emissionen. Wie viel genau, hängt davon ab, wie lange der LOHC haltbar ist und wie oft er wiederverwendet werden kann.
Wasserstofftransport in Form von flüssigem Wasserstoff
Die letzte Möglichkeit, Wasserstoff effizient zu transportieren, besteht darin, ihn in flüssigen Wasserstoff umzuwandeln. Wie bereits in unserem Blog über die Energiedichte von Wasserstoff beschrieben, ist die Dichte von flüssigem Wasserstoff deutlich höher als die von gasförmigem Wasserstoff. Das bedeutet, dass im gleichen Speichervolumen viel mehr flüssiger Wasserstoff als gasförmiger Wasserstoff transportiert werden kann.
Wie das funktioniert:
Um gasförmigen Wasserstoff in flüssigen Wasserstoff umzuwandeln, wird das Gas auf eine Temperatur von -252,9 °C abgekühlt. Anschließend kann er in flüssiger Form transportiert und gelagert werden, sofern er sehr gut isoliert ist. Wenn er sich erwärmt, verliert er seine flüssige Form und wird wieder gasförmig.
Nach dem Transport oder der Zwischenlagerung wird flüssiger Wasserstoff mit einem Verdampfer wieder gasförmig gemacht.
Das Für und Wider:
Ein wesentlicher Vorteil von flüssigem Wasserstoff als Transportmittel gegenüber Ammoniak oder einem LOHC ist, dass der Wasserstoff nicht mit anderen Stoffen vermischt wird. Wasserstoff in flüssiger Form ist immer noch Wasserstoff, er ändert nur sein Erscheinungsbild. Chemische Reaktionen und zusätzliche Reinigungsschritte sind folglich nicht erforderlich; der Wasserstoff behält also seine optimale Qualität.
Leider hat flüssiger Wasserstoff als Energieträger auch einige Nachteile. So ist die extreme Abkühlung sehr energieaufwändig und erfordert eine hochwertige Isolierung, um die extrem niedrige Temperatur zu halten. Außerdem lässt sich ein geringfügiges Abdampfen von Gas (Boil-off-Gas) im Laufe der Zeit nicht verhindern.
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Demaco verfügt bereits über 30 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung vakuumisolierter Flüssigwasserstoff-Infrastrukturen. Wenn Sie Fragen zu unseren Produkten und Dienstleistungen haben, zögern Sie nicht, sich mit uns in Verbindung zu setzen, oder schauen Sie sich unsere Produkte und Projekte an, um weitere Informationen zu erhalten.