Erneuerbare Energien

Wasserstoffspeicherung und -transport: So gelingt die Energiewende

von Artisan Baumeister · 24. Februar 2025

Wasserstoff gilt als wichtiger Baustein der Energiewende, aber die Speicherung und der Transport stellen große technologische Herausforderungen dar. In diesem Artikel erläutern wir die gängigen Speichertechniken wie Druckspeicherung, Flüssigspeicherung und chemische Bindungsmethoden. Wir beleuchten, welche Methoden sich für welche Anwendungen eignen, wie sich Kosten und Effizienz unterscheiden und warum innovative Konzepte für eine nachhaltige Wasserstoffwirtschaft entscheidend sind. Zudem zeigen wir, wie der sichere Transport über Pipelines oder in Form von Ammoniak das Wachstum eines globalen Wasserstoffmarktes unterstützen kann.

Inhaltsübersicht

Einleitung
Wie lässt sich Wasserstoff speichern?
Transport von Wasserstoff: Herausforderungen und Lösungen
Welche Rolle spielen Speicherung und Transport für die Energiewende?
Fazit

Einleitung

Wasserstoff wird oft als das ‚grüne Gold‘ der Energiewende bezeichnet – aber bevor er fossile Brennstoffe wirklich ersetzen kann, müssen zwei große Herausforderungen gemeistert werden: Wie lassen sich Wasserstoff effizient speichern und über weite Strecken sicher transportieren? Anders als Erdgas oder Öl lässt sich Wasserstoff nicht einfach in Tanks füllen und pumpen. Seine physikalischen Eigenschaften stellen Ingenieure und Wissenschaftler vor gewaltige Aufgaben.

In diesem Artikel werfen wir einen detaillierten Blick auf die wichtigsten Methoden zur Speicherung und den Transport von Wasserstoff. Wann ist die Druckspeicherung sinnvoll? Welche Rolle spielen chemische Trägermaterialien wie Ammoniak? Und wie können diese Technologien die Energiewende vorantreiben? Wir vergleichen verschiedene Konzepte hinsichtlich Effizienz, Kosten und Praxistauglichkeit und zeigen, welche Innovationen den Weg in eine wasserstoffbasierte Zukunft ebnen könnten.

Wie lässt sich Wasserstoff speichern?

Wasserstoff ist ein extrem flüchtiges Gas. Damit er effizient genutzt werden kann, muss er in einer praktikablen Form gespeichert werden. Drei Methoden haben sich in der Praxis bewährt: Druckspeicherung, Flüssigspeicherung und die Speicherung in chemischen Trägermaterialien wie Ammoniak oder Metallhydriden. Jede dieser Methoden hat ihre eigenen Vorteile und Herausforderungen.

Druckspeicherung: Kompakt, aber energieintensiv

Bei der Druckspeicherung wird Wasserstoff unter hohem Druck in speziellen Tanks gespeichert. In der Industrie sind Drücke von 350 bis 700 bar gängig. Diese Methode ist vergleichsweise einfach umzusetzen und wird oft für mobile Anwendungen wie Brennstoffzellenfahrzeuge genutzt.

Vorteile:

Schnelle Be- und Entladung

Bewährte Technologie mit vorhandener Infrastruktur

Gut geeignet für mobile Anwendungen und kurzfristige Lagerung

Nachteile:

Hoher Energieaufwand für die Kompression

Große und schwere Tanks notwendig

Sicherheitsrisiken bei extremen Drücken

Druckspeicherung eignet sich daher besonders für den kurzfristigen Transport und für Brennstoffzellenfahrzeuge, die eine regelmäßige Nachfüllung benötigen.

Flüssigspeicherung: Kompakt, aber energieaufwendig

Wasserstoff kann durch starke Kühlung auf -253°C verflüssigt werden. Flüssigwasserstoff (LH₂) hat eine hohe Energiedichte pro Volumen und eignet sich besonders für Langstreckentransporte, zum Beispiel per Schiff.

Vorteile:

Höhere Speicherdichte als Druckwasserstoff

Platzsparend und gut für den internationalen Transport geeignet

Nachteile:

Sehr hoher Energieaufwand für die Verflüssigung (~30-40 % der gespeicherten Energie)

Aufwendige Spezialtanks zur Isolierung erforderlich

Verdampfungsverluste durch Wärmeeinträge

Flüssigwasserstoff wird vor allem dort eingesetzt, wo große Mengen transportiert oder gespeichert werden müssen, etwa für interkontinentale Exporte.

Chemische Speicher: Transportfreundlich, aber Umwandlungsverluste

Eine vielversprechende Alternative ist die chemische Bindung von Wasserstoff in Trägermaterialien wie Ammoniak oder Metallhydriden.

Ammoniak: Dieses Gas kann bei relativ niedrigen Drücken gespeichert und mit vorhandenen Strukturen für den Transport von Flüssiggas genutzt werden. Es lässt sich in Wasserstoff zurückwandeln, allerdings mit Energieverlusten.

Metallhydride: Hier wird Wasserstoff in Metallpulvern oder -legierungen gespeichert. Diese Methode ist sehr sicher, da der Wasserstoff fest an das Material gebunden ist, benötigt aber häufig hohe Temperaturen zur Freisetzung.

Vorteile:

Einfacher Transport, da oft bereits bestehende Infrastruktur nutzbar ist

Sichere Lagerung, insbesondere bei Metallhydriden

Nachteile:

Zusätzlicher Energieaufwand für die Rückumwandlung

Noch in der Entwicklung, nicht überall wirtschaftlich konkurrenzfähig

Chemische Speicher spielen eine große Rolle im internationalen Wasserstofftransport und für industrielle Anwendungen, wo eine effiziente Rückwandlung sichergestellt werden kann.

Die Wahl der Speichermethode hängt also stark vom jeweiligen Einsatzzweck ab – sei es mobile Flexibilität, Langstreckentransporte oder sichere industrielle Einbindung. Unabhängig von der Methode ist klar: Eine effiziente Wasserstoffspeicherung ist essenziell für den Erfolg der Energiewende.

Transport von Wasserstoff: Herausforderungen und Lösungen

Der Transport von Wasserstoff ist eine zentrale Herausforderung auf dem Weg zur klimaneutralen Energieversorgung. Denn anders als Erdgas kann Wasserstoff nicht einfach in bestehenden Infrastrukturen genutzt werden, sondern erfordert spezielle Technologien. Dabei gibt es drei wesentliche Ansätze: Pipelines, Flüssigwasserstoff und chemische Wasserstoffträger wie Ammoniak. Jede Methode hat ihre Stärken und Schwächen – und die Wahl hängt von Faktoren wie Transportdistanz, Kosten und Sicherheit ab.

Pipelines: Die effizienteste Methode für kurze und mittlere Strecken

Die naheliegendste Lösung ist der Transport durch Pipelines. In vielen Ländern gibt es bereits Erdgasleitungen, die mit Anpassungen auch für Wasserstoff genutzt werden könnten. Der Vorteil: Einmal gebaut, sind Pipelines besonders effizient und ermöglichen eine ständige sowie verlustarme Versorgung. Der Nachteil: Der Bau neuer Pipelines ist teuer und zeitaufwendig. Zudem muss die Materialfrage geklärt werden, da Wasserstoff Stahlversprödung verursachen und Leitungen auf lange Sicht beschädigen kann.

Ein möglicher Lösungsweg ist das sogenannte Wasserstoff-Kernnetz. Hierbei sollen vorhandene Gasleitungen für den Transport umgerüstet und gezielt mit neuen Leitungen ergänzt werden. In Europa laufen bereits erste Projekte, um eine Pipeline-Infrastruktur aufzubauen, die Wasserstoff aus sonnen- und windreichen Regionen zu Verbrauchszentren transportiert.

Flüssigwasserstoff: Transport über große Distanzen

Wenn Wasserstoff nicht direkt über Pipelines geliefert werden kann, kommt Flüssigwasserstoff als Alternative ins Spiel. Durch Kühlung auf -253 °C wird Wasserstoff in einen flüssigen Zustand gebracht, wodurch sich das Volumen drastisch verringert. Das ermöglicht eine effiziente Lagerung und den weltweiten Transport mit speziellen Tankschiffen oder LKW.

Allerdings kostet das Verflüssigen viel Energie – etwa 30 bis 40 % des enthaltenen Wasserstoffs geht dabei verloren. Hinzu kommt, dass spezielle isolierte Tanks und Infrastruktur benötigt werden, um Verdampfung zu vermeiden. Für internationale Lieferketten ist diese Technologie dennoch vielversprechend, da sie den Wasserstoff global handelbar macht und sich bereits in Pilotprojekten bewährt hat.

Chemische Wasserstoffträger: Ammoniak als vielseitige Lösung

Eine weitere Möglichkeit ist der Transport in chemisch gebundener Form. Ein vielversprechender Träger ist Ammoniak (NH₃), der sich unter moderatem Druck leicht verflüssigen lässt und einfacher zu transportieren ist als reiner Wasserstoff. In Zielgebieten kann Ammoniak in Wasserstoff zurückgewandelt oder direkt als Energieträger genutzt werden – beispielsweise in Kraftwerken oder Industrieanlagen.

Besonders attraktiv ist diese Methode für den internationalen Wasserstoffhandel. Ammoniak-Tanker existieren bereits seit Jahrzehnten, und es gibt eine breite industrielle Infrastruktur für die Verarbeitung. Ein Nachteil ist jedoch der energieintensive Prozess zur Rückgewinnung von Wasserstoff und die Tatsache, dass Ammoniak giftig sein kann. Dennoch gilt diese Variante als eine der vielversprechendsten Lösungen für den weltweiten Wasserstofftransport.

Faktoren für eine großflächige Versorgung

Welche Methode sich letztendlich durchsetzt, hängt stark von den regionalen Gegebenheiten ab. In dicht besiedelten Industriezentren bieten sich Pipelines an, während für den Import aus Übersee Flüssigwasserstoff oder Ammoniak sinnvoller ist. Entscheidend sind Investitionskosten, Infrastrukturverfügbarkeit und Umwelteinflüsse.

Gleichzeitig spielt die Effizienz eine Schlüsselrolle. Jede Umwandlung – sei es Verflüssigung oder chemische Speicherung – kostet Energie. Je weniger Umwandlungsschritte nötig sind, desto günstiger und nachhaltiger wird der Wasserstofftransport. Deshalb wird eine Mischung aus verschiedenen Transportmethoden benötigt, um eine sichere und wirtschaftliche H₂-Versorgung weltweit zu gewährleisten.

So kann Wasserstoff gespeichert und transportiert werden

Ohne die richtige Speicherung geht es nicht

Wasserstoff ist ein faszinierender Energiespeicher, aber er bringt eine große Herausforderung mit sich: Er ist das leichteste Element, extrem flüchtig und muss für eine sichere und effiziente Nutzung in großen Mengen gespeichert werden. Nur, wenn Wasserstoff passend gelagert werden kann, ist er überhaupt eine verlässliche Alternative zu fossilen Brennstoffen.

Hier gibt es verschiedene Ansätze. Besonders verbreitet ist die Druckspeicherung, bei der Wasserstoff in stabilen Tanks mit bis zu 700 bar verdichtet wird. Diese Methode ist vergleichsweise kostengünstig in der Investition und eignet sich besonders gut für mobile Anwendungen wie Wasserstofffahrzeuge. Allerdings nimmt gasförmiger Wasserstoff trotz Verdichtung noch viel Platz ein und erfordert spezielle Materialien, um hohe Sicherheitsstandards zu erfüllen.

Eine andere Möglichkeit ist die Flüssigspeicherung, bei der Wasserstoff auf -253°C abgekühlt wird. Als Flüssigwasserstoff ist er wesentlich kompakter und kann in großen Mengen transportiert oder zwischengelagert werden. Der Nachteil? Die extreme Kälte erfordert energieintensive Kühlung und spezielle isolierte Tanks. Dennoch spielt diese Methode bei der internationalen H₂-Versorgung eine große Rolle.

Zusätzlich kann Wasserstoff in chemischen Trägern gespeichert werden, beispielsweise in Ammoniak. Dieser lässt sich leichter transportieren und bei Bedarf wieder in reinen Wasserstoff umwandeln. Solche chemischen Speichermethoden könnten in Zukunft eine zentrale Rolle spielen, da sie eine besonders hohe Energiedichte bieten und damit den Transport sowie die langfristige Lagerung erleichtern.

Transport – Der Schlüssel zur Wasserstoffwirtschaft

Speicherung allein bringt uns nicht weiter – der Wasserstoff muss auch zuverlässig zu den Abnehmern gelangen. Hier gibt es drei bewährte Methoden: Pipelines, spezialisierte Tanker und chemische Wasserstoffträger.

Pipelines für Wasserstoff sind die effizienteste Lösung für große, kontinuierliche Versorgung. Gasnetze können zumindest teilweise umgerüstet werden, aber reiner Wasserstoff braucht spezielle Materialien, um Versprödung zu vermeiden. Trotzdem setzt Europa verstärkt auf ein H₂-Kernnetz, um industrielle Großverbraucher anzubinden.

Tanker kommen ins Spiel, wenn große Mengen transportiert werden, etwa als Flüssigwasserstoff über Ozeane hinweg. Solche Schiffe brauchen starke Kühlung, aber ermöglichen eine globale Wasserstofflieferkette. Besonders interessant ist hier Ammoniak als Transportmittel, da er mit bestehenden Gasinfrastrukturen transportiert und gelagert werden kann.

Jede Transportmethode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile. Während Pipelines eine stabile Versorgung sicherstellen, sind Tanker und chemische Speicherverfahren flexibler und ermöglichen es, Wasserstoff international verfügbar zu machen. Diese Technologien zu verbessern, ist entscheidend für die Zukunft der Wasserstoffwirtschaft.

Warum die richtige Infrastruktur entscheiden wird

Effiziente Speicherung und zuverlässiger Transport sind die Grundvoraussetzungen für den Erfolg von Wasserstoff als Energieträger. Ohne ein funktionierendes Netz aus Speichern, Pipelines und Transportlösungen entsteht kein stabiles Angebot – und ohne stabiles Angebot bleibt Wasserstoff keine echte Alternative zu fossilen Brennstoffen.

Die Herausforderung liegt nicht nur in der Technologie, sondern auch in den Kosten. Während die Kosten der Wasserstoffspeicherung von der gewählten Methode abhängen, sind besonders der Aufbau neuer Infrastruktur und die Umrüstung bestehender Netze entscheidende Faktoren. Deshalb sind Investitionen und Innovationen in diesem Bereich so wichtig.

Die Kombination aus optimierter Wasserstoffspeicherung und effizientem Transport wird bestimmen, ob Wasserstoff eine tragende Säule der Energiewende wird. Und nur wenn diese Technologien Hand in Hand gehen, kann Wasserstoff sein volles Potenzial entfalten.

Fazit

Wasserstoff bietet enormes Potenzial für eine klimaneutrale Energiezukunft – doch ohne effiziente Speicher- und Transportmethoden bleibt dieses Potenzial ungenutzt. Während Druck- und Flüssigspeicherung vor allem für mobile Anwendungen und kurzfristige Einsätze geeignet sind, ermöglichen chemische Speicher eine langfristigere und großflächige Nutzung. Moderne Wasserstoff-Pipelines und alternative Transportlösungen wie Ammoniakbasierte Speicherung können die bestehende Erdgasinfrastruktur sinnvoll erweitern und zur globalen Wasserstoffversorgung beitragen.

Die Energiewende steht und fällt mit der Fähigkeit, grünen Wasserstoff wirtschaftlich nutzbar zu machen. Investitionen in Forschung und Infrastruktur sind entscheidend, um Kosten zu senken und die Technik weiterzuentwickeln. Politische Strategien und Fördermaßnahmen müssen darauf abzielen, die Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit dieser Technologien zu verbessern. Nur so wird Wasserstoff eine tragende Säule im zukünftigen Energiesystem sein können.

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