Wasserstoff-Speicher in Salzkavernen

Unter dem niedersächsischen Ort Etzel verbirgt sich eine der größten Kavernenanlagen für Erdgas und Rohöl in Europa. Insgesamt 75 Kavernen wurden dazu in einen viele Millionen Jahre alten Salzstock gespült. Die Kavernen sind bis zu 70 Meter breit und 500 Meter hoch – der Freedom Tower in Manhattan fände darin problemlos Platz. Bis zu elf Millionen Kubikmeter Rohöl und bis zu fünf Milliarden Kubikmeter Erdgas können in den künstlich angelegten Speichern lagern und von dort aus nicht nur in die gesamte Bundesrepublik gelangen: In den Kavernen sind unter anderem strategische Reserven für die Niederlande und Belgien gespeichert.

Wasserstoff statt Öl und Gas

In Zukunft sind die riesigen unterirdischen Hohlräume möglicherweise ein Standort zum Einlagern nachhaltiger Energieträger: In dem Forschungsprojekt „H2CAST-Ready“ will der Kavernenbetreiber STORAG ETZEL zusammen mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft untersuchen, ob sich darin auch Wasserstoff in industriellem Umfang speichern lässt.

„Wir gehen davon aus, dass wir die Kavernen mit wenigen Anpassungen in der Verfahrenstechnik umwidmen können“, sagt Marcel Sodmann, Leiter Öffentlichkeitsarbeit und Markscheidewesen bei STORAG ETZEL. „Wenn uns das gelingt, ist das Potenzial enorm: Im Endausbau können wir insgesamt bis zu 99 Kavernen anlegen und damit rund 22,5 Terawattstunden Wasserstoff am Standort Etzel speichern.“

Wie wichtig das für die deutsche Wasserstoffwirtschaft wäre, zeigt eine Berechnung des Interessenverbands Gas Infrastructure Europe (GIE). Demnach hat ganz Deutschland ein Speicherpotenzial von 40 Terawattstunden (TWh). Der nationale Wasserstoffrat beschäftigt sich in einem Positionspapier ebenfalls detailliert mit dem Thema. In Etzel, wo heute etwa ein Viertel der deutschen Erdgasreserve lagert, hätte künftig mehr als die Hälfte des Wasserstoffvorrats Platz.

Puffer für die dauerhafte H₂-Versorgung

Solche Speicherkapazitäten sind unerlässlich, wenn grüner Wasserstoff einen signifikanten Beitrag zur Dekarbonisierung der Energieverbrauchssektoren leisten soll. „Da die Produktion des Stroms für die Elektrolyse aus Windkraft- und Solaranlagen schwankt, sind Wasserstofferzeugung und -verbrauch unmöglich dauerhaft in Einklang zu bringen. Deshalb benötigen wir auf Dauer Kavernen zur Pufferung kurzer Leistungspeaks und Speicherung größerer Kapazitäten. Nur so können wir das Wasserstoffnetz stabilisieren, Liefersicherheit gewährleisten und beispielsweise Dunkelflauten überbrücken“, erklärt Marco Zobel, Gruppenleiter am Institut für Vernetzte Energiesysteme beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), einem der Projektpartner von „H2CAST-Ready“.

Etzel biete dafür optimale Voraussetzungen. Neben der einzigartigen Geologie – Salzkavernen können weltweit nur in wenigen Regionen angelegt werden – ist der Standort bereits bestens vernetzt, sagt Sodmann: „Wir beliefern Nordwesteuropa über mehrere Erdgaspipelines, die perspektivisch für Wasserstoff genutzt werden könnten. Außerdem befinden wir uns in der Nähe der Offshore-Windparks in der Nordsee sowie der Industriestandorte Wilhelmshaven und Varel.“

Vorbereitung für den Markthochlauf der Wasserstoffwirtschaft

Noch ist das allerdings eine Zukunftsvision, denn der Markthochlauf von Wasserstoff beginnt gerade erst. „Aktuell haben wir nur wenige regionale Netze und Experimentalplattformen. Vom verzweigten Übertragungs- und Verteilnetz, für das so große Speicherkapazitäten benötigt werden, sind wir noch weit entfernt“, erklärt Zobel. Und genau das müsse sich ändern. Laut Bundeswirtschaftsministerium könnte der Wasserstoffbedarf in Deutschland 2030 bereits 90 bis 110 TWh erreichen. „Wir müssen also jetzt mit den Vorbereitungen beginnen und Erfahrungen mit der Technologie sammeln“, macht der DLR-Experte deutlich.

Ziel der Projektpartner ist es, die vorhandene Infrastruktur weiter zu nutzen, ohne Grundlegendes an der Technik zu ändern: Der Wasserstoff soll, wie bisher das Erdgas, per Pipeline oder speziell beim Projekt „H2Cast-Ready“ in Tanks nach Etzel gelangen und dann über einen Verdichter in die Kavernen gepresst werden. Über ein Ventil am Kavernenkopf gelangt das Gas bei Bedarf in die Leitungen zur Weiterverteilung.

Testläufe unter realen Bedingungen

Neben der Umwidmung wollen die Beteiligten bei H2CAST auch die optimale Betriebsführung solcher Speicher erforschen. Denn während Erdgas eine große Rolle beim Heizen von Gebäuden spielt und die Nachfrage saisonal stark schwankt, wird Wasserstoff gerade zu Beginn wahrscheinlich hauptsächlich in der Industrie und damit das ganze Jahr über sehr gleichmäßig benötigt. Außerdem beträgt die Energiedichte von H₂ gegenüber Erdgas nur ein Drittel, die maximale Energiemenge, die eingespeichert werden kann, ist also kleiner. Im Gegensatz zur Nachfrage ist allerdings die Erzeugung deutlich volatiler. „Es ist davon auszugehen, dass die Speicherzyklen deutlich kürzer und dynamischer sein werden als bei Erdgas“, folgert DLR-Experte Zobel.

Noch ist auch nicht klar, wie sich die Speicherung auf die Qualität das Wasserstoffs auswirkt, also ob es zum Beispiel zu Verunreinigungen kommt und der Energieträger für die Weiterverwendung gegebenenfalls aufbereitet werden muss. „Das Besondere an unserem Vorhaben ist, dass wir all das unter Realbedingungen testen und beantworten wollen“, erklärt Marcel Sodmann. STORAG ETZEL will mit diesem Reallabor den Grundstein dafür legen, direkt ein Teil des Wasserstoffstartnetzes zu werden.