Nachhaltige Energieversorgung Untergrundspeicher für Wasserstoff als zentrale Puffer

Der Einsatz von Wasserstoff wird zu einem immer wichtigeren Faktor für die nachhaltige Energieversorgung von Deutschlands energieintensiven Branchen. Damit künftig jederzeit ausreichend Wasserstoff zur Verfügung steht, ist der Ausbau großer unterirdischer Speicher und entsprechender Pipeline-Infrastrukturen entscheidend.

Wasserstoff wird eine wichtige Rolle für die resiliente, klimaneutrale Energieversorgung in Deutschland spielen, insbesondere für die energieintensiven Industriesektoren, die nicht oder nicht wirtschaftlich elektrifiziert werden können. "Auch wenn es aktuell mit dem Markthochlauf nicht so schnell vorangeht wie vor einigen Jahren erhofft, ist Wasserstoff doch für eine Reihe von Sektoren die beste Option", betont Alexander Holle, Leiter Hydrohub bei der TÜV Nord Group. „Die Bundesregierung hat zuletzt mit den Entwürfen für das Wasserstoffbeschleunigungsgesetz und das Geothermie-Beschleunigungsgesetz einige wichtige Maßnahmen auf den Weg gebracht. Um rechtzeitig ausreichend Wasserstoff zur Verfügung zu haben, müssen aber jetzt die Voraussetzungen für den Ausbau von Wasserstoffspeichern geschaffen werden."

Speicher für Wasserstoff gleichen Schwankungen aus

Untergrundspeicher können im Energiesystem der Zukunft mehrere Zwecke erfüllen:
- Als Fluktuationsspeicher: Gespeicherter Wasserstoff kann kurzfristig rückverstromt werden, um Schwankungen im Stromnetz auszugleichen.
- Als saisonale Energiespeicher: Erhöhte Energiebedarfe in der Dunkelflaute und im Winter können über den Sommer in Form von Wasserstoff eingespeichert werden.
- Als Energiereserve: Als strategische Energieträgerreserve können die großen Wasserstoffspeicher die Versorgung gegen Unsicherheiten äußerer Einflüsse bei Energieimporten und -preisschwankungen absichern.
- Als Puffer: Ein flexibler Puffer kann die gleichmäßige Auslastung weiterer Infrastrukturen wie Importterminals oder Leitungen sicherstellen.

Während kurzfristige Schwankungen im Netz auch durch Druckveränderungen über das Pipelinesystem oder andere Speichermethoden wie Batteriespeicher ausgeglichen werden können, erfordern alle anderen Anwendungen sowohl langfristige als auch großvolumige Speicher, um den gewünschten Effekt zu erreichen. Für diese Zwecke sind Wasserstoffspeicher unter der Erde besonders geeignet, da hier große Energiemengen über lange Zeiträume gespeichert werden können und dann für die Strom- sowie Wärmeerzeugung ebenso wie für andere industrielle Prozesse eingesetzt werden können.

Salzkavernen besonders geeignet

Technisch geeignet sind vor allem Salzkavernen, da diese chemisch reaktionsträge und geologisch langzeitstabil sind. Es können sowohl bestehende Kavernen umgerüstet werden als auch neue entstehen. "In Norddeutschland befinden sich sehr große unterirdische Salzvorkommen, ein Alleinstellungsmerkmal in Europa, sodass diese Region prädestiniert ist für die Errichtung von Wasserstoffspeichern", so Holle.

Wie viel Speicherkapazität in Zukunft gebraucht wird, richtet sich vor allem nach dem Wasserstoffverbrauch durch Großverbraucher wie Energieerzeugung und Industrie. Langfristszenarien des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie prognostizieren hier einen sprunghaften Anstieg: Bis 2035 wird nur ein Bedarf von 17 TWh jährlich erwartet – bis 2040 jedoch bereits 55 TWh. Grund ist die Einführung von Wasserstofftechnologien in Kraftwerken und Großindustrien in diesem Zeitraum. Bis 2045 wird ein Bedarf von bis zu 80 TWh pro Jahr angenommen.

Unsichere Marktlage erschwert Investitionsentscheidungen

Kraftwerke und Großindustrien auf Wasserstoff umzustellen erfordert, dass zu diesem Zeitpunkt Speicher vorhanden sind. Nur so kann sichergestellt werden, dass Wasserstoff ganzjährig zuverlässig verfügbar ist. "Aktuell sehen wir aber eine große Unsicherheit im Markt, da nicht klar ist, wie sich die Energiewende und die Transformation der Industrie auf europäischer Ebene entwickelt. Für viele großvolumige Speicherprojekte gibt es deshalb noch keine finale Investitionsentscheidung", sagt Holle. "Kavernen umzuwidmen oder neu zu schaffen, dauert jedoch außerordentlich lang, sodass die Investitionsentscheidungen 2026 oder 2027 getroffen werden müssen, um die nötigen Kapazitäten zu erreichen."

Die Umwidmung bestehender Kavernen dauere etwa vier bis sechs Jahre, der Neubau etwa zehn bis zwölf Jahre. Bei der Umwidmung von Kavernen ist die zentrale Herausforderung das Anpassen der obertägigen Anlagenteile an Wasserstoff sowie die Genehmigungsprozesse. Beim Neubau von Kavernen verlängert sich der Zeitraum erheblich durch die notwendige Zeit für die sogenannte Solung der Kavernen im Salzstock, bei der eingeleitetes Wasser das Salz löst, sodass ein Hohlraum entsteht.

Technische Herausforderungen noch offen

Auch viele technische Fragen sind noch ungelöst, beispielsweise zur Gasreinigung, Materialeignung oder Bruchfestigkeit unter steigendem Druck. Im Rahmen von Pilot- und Demonstrationsprojekten werden aktuell die offenen technischen Fragestellungen angegangen. Die Standardisierung und Normung von Materialien oder Verfahren, die aus diesen Projekten entstehen, können den Bau von Speichern signifikant vereinfachen. Daher ist die Unterstützung dieser Projekte essenziell für den Hochlauf. 

"Die Bundesregierung muss jetzt klare Rahmenbedingungen für den Ausbau der Speicherinfrastruktur schaffen und ein Zielbild für deren Rolle im europäischen Energiesystem formulieren. Zudem sollten Investitionsanreize für die Umrüstung und den Neubau von Kavernen geschaffen werden", schließt Holle.