H2INFRA
H₂-Infrastruktur | Effizienter und sicherer Betrieb von Wasserstoffverteilnetzen
Projektlaufzeit: 01/2022 - 12/2024
Am 1. Januar 2022 startete das Projekt H₂-Infrastruktur - Effizienter und sicherer Betrieb von Wasserstoffverteilnetzen (H₂-Infra), welches mit ca. 1,6 Mio. EUR durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert wird. Der Fokus liegt auf der Sicherstellung der Funktionalität eines H₂-Verteilnetzes inklusive aller Komponenten unter dynamischen Betriebsbedingungen und insbesondere auf der Bereitstellung einer extrem hohen Gasqualität und Versorgungssicherheit für die zukünftigen Anwendungen. Das Konsortium, bestehend aus DBI Gas und Umwelttechnik, MITNETZ Gas und HTWK Leipzig, setzt die Forschungsarbeiten der im Zuge der HYPOS-Initiative im Rahmen des Förderprogramms „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekte „H₂-Netz“ und „H₂-Home“ fort. Zur Klärung zahlreicher offener Fragen wird die im Rahmen der Projekte entstandene einmalige Forschungsinfrastruktur für Wasserstoffverteilnetze in Bitterfeld-Wolfen genutzt und weiterentwickelt.
Forschungsgegenstand ist die Qualifikation einer ökologischen, ökonomischen und sicheren Wasserstoff-Verteilnetzinfrastruktur, basierend auf Hochleistungskunststoffen mit einer möglichst großen Lebensdauer aller Systemkomponenten. Die Rohrleitungsmaterialien und Netzkomponenten werden durch dynamische Lastwechsel unter realitätsnahen Randbedingungen getestet. Ziel ist es, die Wasserstoffverträglichkeit und Langzeitperformance der Materialien und Komponenten zu überprüfen. Es hat sich gezeigt, dass die bisher für Gasverteilnetze verwendeten Kunststoffmaterialien Reststoffe in einer Größenordnung in den transportierten Wasserstoff abgeben, die über den zulässigen Grenzwerten z.B. für stationäre und mobile Brennstoffzellenanwendungen liegen. Im Vorhaben sollen deshalb die Reststoffe und deren Herkunft (Rohrwerkstoffe, Herstellungsprozess) identifiziert werden und Optimierungen der Herstellungsverfahren für neue Leitungswerkstoffe, die den hohen Reinheitsanforderungen des damit transportierten Wasserstoffs genügen, erarbeitet werden. Die Sicherheit der Verteilnetzinfrastruktur wird in einem umfangreichen Monitoring überprüft und bewertet. Durch die Bewertung der THG-Emissionen der Infrastruktur werden die umwelttechnischen Optimierungspotenziale ermittelt und der ökologische und ökonomische Vorteil der leitungsgebundenen Wasserstoffversorgung der Endverbraucher herausgearbeitet.
Nicht zuletzt soll eine Forschungsinfrastruktur geschaffen werden, die eine Vernetzung von Forschungsprojekten für die urbane Energieversorgung mit Wasserstoff erlaubt. Die „Innovations- und Forschungsplattform für urbane Energieversorgung mit Wasserstoff – H2-InFo“ bildet den konsequenten Anschluss an die vorangegangenen BMBF-Vorhaben H₂-Netz und H₂-Home. Die Plattform soll auch zukünftig das Andocken ergänzender Einzelvorhaben im Bereich der H₂-Verteilnetz-Infrastruktur und der H₂-Nutzung zulassen, um derzeit noch nicht eindeutig spezifizierbare Forschungs- und Entwicklungsaufgaben bearbeiten sowie Wissenslücken schließen zu können. Die Beantwortung der Fragen ist Voraussetzung für die Umsetzung einer bedarfsgerechten, kostengünstigen, sicheren und umweltschonenden Wasserstoffversorgung für urbane Bereiche und damit die Umsetzung der nationalen Wasserstoffstrategie auch für die breite Bevölkerung und Unternehmen abseits von den großen Verbrauchern in der Chemieindustrie oder der Metallurgie. Im Zuge der Forschungsarbeiten wird ein hohes Technology Readiness Level (TRL) der getesteten Wasserstoffinfrastruktur und der dazugehörigen Systeme angestrebt, um die Ergebnisse später rasch umsetzen zu können.
Forschungsschwerpunkte
Im Projektvorhaben werden folgende Forschungsschwerpunkte bearbeitet:
- Definieren von Qualitätsanforderungen an Rohrleitungsmaterialien
- Bereitstellung einer extrem hohen Gasqualität
- Sicherstellung der Funktionalität eines H₂-Verteilnetzes inklusive aller Komponenten unter dynamischen Betriebsbedingungen
- Gewährleistung der Versorgungssicherheit für zukünftige H₂-Anwendungstechnologien
- Langzeituntersuchung der eingesetzten Komponenten und der Sicherheitstechnik
- Überprüfung der Langzeitperformance moderner Hochleistungskunststoffe
- Weiterentwicklung der Wartungs- und Instandhaltungsstrategien für wasserstoffführende Anlagen
- Bewertung des Arbeitsschutzes und von Sicherheitskonzepten
- Lebenszyklusanalyse (LCA - Life-Cycle-Assessment) der Wasserstoffwertschöpfungskette
- Wirtschaftlichkeitsanalyse des H₂-Netzes und Übertragung auf zukünftige Infrastrukturen
Im Zuge der Forschungsarbeiten der HTWK zur Wasserstoffinfrastruktur und der leitungsgebundenen Wasserstoffversorgung erfolgt eine ökologisch-ökonomische Analyse und Bewertung der Wasserstoffwertschöpfungskette. Dabei werden verschiedene Anwendungspfade in den Sektoren Mobilität, Haushalt, Gewerbe und Industrie betrachtet. Die zu begutachtende Wertschöpfungskette umfasst dabei alle Technologien der Herstellung, des Transportes und der Verteilung, der Speicherung sowie des Verbrauchs von Wasserstoff. Im Zuge der wissenschaftlichen Begleitung werden Messdaten (Betriebsparameter, Energiekenndaten etc.) der Infrastruktur in einem umfassenden Monitoringprogramm erfasst. Zudem werden verschiedene Versuchsreihen zur Untersuchung der Systemkomponenten durchgeführt. Mit der Auswertung und Einordnung der Daten sollen Aussagen zur Langzeitperformance der eingesetzten Komponenten und der Sicherheitstechnik sowie der Rohrmaterialien abgeleitet werden.
Eindrücke | Wasserstoffdorf Bitterfeld-Wolfen
Projektleitung
Ihr Ansprechpartner
Förderung
BMWK
Projektträger Jülich, Forschungszentrum Jülich GmbH
Projektpartner
DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH
