Partnerschaft für Kavernen-Wasserstoffspeicher

Seit 2023 arbeitet Air Liquide mit Geostock zusammen, einem internationalen Ingenieurbüro und Tochterunternehmen des VINCI-Konzerns, das sich auf unterirdische Energiespeicher spezialisiert hat. Hintergrund der Partnerschaft ist der Wunsch beider Unternehmen, eine Technologie zur Speicherung von gasförmigem Wasserstoff in großen Mengen zu entwickeln. Dafür bündeln die beiden Unternehmen ihre Kompetenzen.

Große Wasserstoffspeicher für die Zukunft

Das Ziel der Partnerschaft zwischen Geostock und Air Liquide ist ehrgeizig: Ziel ist es, einen Beitrag zur Dekarbonisierung zu leisten, insbesondere in den Bereichen Industrie und Mobilität. Die Verwendung von Wasserstoff ist eine mögliche Lösung. Die Entwicklung der Versorgungskette für dieses Molekül ist daher von entscheidender Bedeutung, wobei der Schwerpunkt auf der Speicherung liegt. Eine interessante Option für einen solchen Speicher im großen Maßstab ist die unterirdische oder geologische Speicherung, wie Jean-Claude Joyeux, Director of Hydrogen Solutions Development bei Air Liquide, erklärt: “Heute wird Wasserstoff an der Oberfläche in flüssiger oder gasförmiger Form und in begrenzten Mengen gespeichert. Derzeit lagern wir etwa 150 Tonnen Wasserstoff pro Standort; bei gasförmigem Wasserstoff können es bis zu 300 Tonnen sein. Wenn die Wasserstoffproduktion zunimmt, werden wir beträchtliche Mengen – Tausende oder sogar Millionen von Tonnen – an verschiedenen Standorten in der Welt speichern müssen. Eine oberirdische Speicherung würde sich nachteilig auf landwirtschaftliche, städtische und industrielle Flächen auswirken. Die unterirdische Lagerung ist daher die beste Option”.

Elodie Zausa, Entwicklungs- und Verkaufsleiterin bei Geostock, stimmt dem zu: “Unterirdische Lösungen ermöglichen es, sehr große Mengen Wasserstoff zu speichern. Eine ausgekleidete Kaverne, also ein Stollen, der von Menschenhand aus dem natürlichen Gestein gegraben und anschließend ausgekleidet wurde, kann beispielsweise zwischen 200 und 1.000 Tonnen Wasserstoff fassen. In einer Salzkaverne können zwischen 5.000 und 10.000 Tonnen gespeichert werden, in einem porösen Medium sogar noch mehr, wobei zu berücksichtigen ist, dass ein einziger Standort je nach Geologie, die auch die zu verwendende Technik bestimmt, aus mehreren Kavernen bestehen kann.

Speicherung von Wasserstoff in ausgekleideten Kavernen

Elodie Zausa ist Entwicklungs- und Verkaufsleiterin bei Geostock

Es gibt mehrere Arten der unterirdischen Energiespeicherung: Salzkavernen, Bergbaukavernen, poröse Medien (erschöpfte Kohlenwasserstofffelder oder Aquifere). Wasserstoff wird bereits in Salzkavernen gespeichert, und Air Liquide betreibt seit 2017 eine dieser Kavernen in den USA. “Salzkavernen sind eine erwägenswerte Lösung, weil die Technologie die bewährteste und kostengünstigste ist”, erklärt Elodie Zausa. “Wir bevorzugen diesen Ansatz, wo immer es möglich ist, aber er erfordert das Vorhandensein von Salzformationen, was nicht unbedingt in allen Regionen gegeben ist. Eine Salzkaverne entsteht, indem eine Salzschicht weggespült wird (indem Wasser über ein Bohrloch in die Salzformation gepresst wird, um sie aufzulösen und einen Hohlraum zu schaffen). Im Allgemeinen befindet sich eine Salzkaverne zwischen 500 und 2.000 Metern unter der Oberfläche und hat ein Volumen von mehreren hunderttausend Kubikmetern.

Um den wachsenden Bedarf an Wasserstoffspeichern zu decken, müssen also andere Lösungen erforscht werden. Die Partnerschaft zwischen Geostock und Air Liquide konzentriert sich auf die Speicherung in ausgekleideten Bergwerkskavernen, eine technologische Lösung, die in Gebieten entwickelt werden kann, in denen es kein Salz gibt. Elodie Zausa fügt hinzu: “Um Wasserstoffgas in großen Mengen speichern zu können, muss es unter hohem Druck gelagert werden. In den unterirdischen Kavernen, die nur einige Dutzend Meter tief sind, beträgt der maximal zulässige Druck jedoch nur wenige Bar (hydrodynamischer Einschluss). Daher muss eine Auskleidung vorgenommen werden, um die Wasserdichtigkeit des Speichers zu gewährleisten. Der Druckwiderstand wird durch das Gestein selbst gewährleistet, das je nach Härte des Gesteins usw. unterschiedlich ist. Granit- und Kalkstein-Hartgestein sind die besten Optionen und ermöglichen einen Druck von mindestens 150 bis 200 bar. Jean-Claude Joyeux erklärt: “Nach dem Ausbruch des Gesteins wird eine Betonschicht aufgebracht, um das Gestein zu glätten und den Einbau der Auskleidung zu ermöglichen, damit die Kaverne wasserdicht ist. Unsere Partnerschaft vereint das Fachwissen von Geostock im Bereich der unterirdischen Speicherung und das Fachwissen von Air Liquide über eine Reihe von wasserstoffverträglichen Materialien.”

Eine sichere Lösung

Jean-Claude Joyeux, Direktor für die Entwicklung von Wasserstofflösungen bei Air Liquide,

Die unterirdische Speicherung hat zahlreiche Vorteile, angefangen bei der geringen CO2-Bilanz und den möglichen Größenvorteilen. Auch die Sicherheit dieser Lösung, die nur minimale Risiken birgt, ist ein echter Pluspunkt, wie Jean-Claude Joyeux betont: “Wasserstoff ist das leichteste Gas im Universum. Um effizient genutzt werden zu können, muss es verflüssigt oder komprimiert werden. Wenn Gase unter hohem Druck gelagert werden, besteht das Hauptrisiko darin, dass der Behälter, in dem sie gelagert werden, explodiert. Bei der Lagerung in 200 Metern Tiefe in einer unterirdischen Kaverne ist es zwar denkbar, dass das Gas entweicht, aber es besteht keine Explosionsgefahr.”

Ein weiterer Vorteil liegt in den möglichen Standorten für unterirdische Speicher. “Unterirdische Speicheranlagen können fast überall installiert werden”, sagt Elodie Zausa. “Wenn es keine Salzformationen gibt, ist die Alternative für die Speicherung großer Mengen Wasserstoff entweder ein poröses Medium oder eine ausgekleidete Kaverne im Bergbau.”

Trotz der vielen Vorteile hat die unterirdische Speicherung auch einen Nachteil, nämlich die Menge an Gestein, die nach dem Aushub recycelt werden muss. Doch Elodie Zausa bleibt positiv: “An einigen Standorten haben wir bereits Kunden, die diese Gesteine für den Bau von Straßen, die Verstärkung von Deichen und vieles mehr verwenden möchten!” Derzeit wird eine Reihe von Projekten analysiert, und das erste soll 2026 in Angriff genommen werden. Sobald die Planungs- und Genehmigungsphase abgeschlossen ist, werden die Bauarbeiten für das Projekt drei bis vier Jahre dauern. Durch diese Partnerschaft wird Air Liquide in der Lage sein, eine groß angelegte Speicherlösung für Wasserstoff und eine Alternative zur Salzspeicherung zu finden.

“Wir teilen die technischen und finanziellen Risiken der Entwicklung dieser Technologie. Als Partner wollen wir gemeinsam schneller und weiter vorankommen, die Kosten optimieren und diese Technologie so schnell wie möglich zugänglich machen”, so Elodie Zausa abschließend.

In den kommenden Jahren wird die Entwicklung dieser neuen Speicherlösungen angesichts der steigenden Nachfrage nach Wasserstoff immer wichtiger werden. Air Liquide plant daher, seine Produktionskapazität bis 2030 auf 3 GW zu erhöhen.

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