Hydrogen Storage

Unterirdische Speicherlösungen

Hydrogen Storage könnte bald fossile Brennstoffe ablösen und den Weg in eine klimaneutrale Schweiz ebnen. Bis dahin gilt es, die technischen und wirtschaftlichen Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung zu erforschen. Implenia freut sich, an diversen Initiativen mitzuwirken und damit einen Beitrag zur Förderung erneuerbarer Energien zu leisten.

Was ist Hydrogen Storage

Hydrogen (auf Deutsch: Wasserstoff) ist das leichteste und gleichzeitig das häufigste chemische Element des Universums. Seine einzigartigen Eigenschaften machen es zu einem hervorragenden Betriebsstoff in der Stromversorgung: Ein Kilo Wasserstoff schenkt nahezu so viel Energie wie drei Kilo Benzin. Hinzu kommt, dass sowohl die Produktion als auch die Anwendung emissionsarmer und nachhaltiger als die herkömmlicher fossiler Brennstoffe ist. Damit Wasserstoff als Energieversorger fungieren kann, bedarf es sicherer und effektiver Wasserstoffspeicher (Hydrogen Storage).

Hydrogen Storage - Energiespeicher der Zukunft?

Als Hoffnungsträger für die Energiewende und die Dekarbonisierung der Wirtschaft ist Wasserstoff längst in den Fokus der europäischen Klimapolitik gerückt. Bis er tatsächlich als Energieträger eingesetzt werden kann, muss die Wissenschaft jedoch noch eine bedeutende Hürde meistern: Ein effizienter Hydrogen Storage ist für den Transport, die Lagerung und die Verwendung unerlässlich, bereitet aber aufgrund der Flüchtigkeit des Gases Probleme.

Deshalb testen derzeit diverse Forschungsgruppen unterschiedliche Methoden zur Wasserstoffspeicherung, die sich physikalischer und chemischer Kniffe bedienen.

Dieser Artikel behandelt folgende Aspekte

Emissionsfreies Bauen dank Wasserstoff
Hydrogen storage in der Forschung - der Workstream hydrogen storage des Subspace energy hub
Der Schlüssel zur Energiewende?
Technische Herausforderungen von hydrogen storage in Felstunneln
SwissSTES
Bubble in the lake storage (BILS)

Emissionsfreies Bauen dank Wasserstoff

Das norwegische Cleantech-Unternehmen TECO 2030 und Implenia Norwegen haben Fördermittel vom norwegischen Staatsunternehmen Enova erhalten, um gemeinsam wasserstoffbetriebene Lösungen für Baustellen zu entwickeln. — TECO 2030 und Implenia erhalten öffentliche Fördermittel für die Entwicklung von Lösungen für emissionsfreie Baustellen

Als Vorreiter in Sachen Nachhaltigkeit freut sich Implenia Norwegen darüber, gemeinsam mit dem norwegischen Cleantech-Unternehmen TECO 2030 Wasserstoffenergielösungen für emissionsfreie Baustellen zu entwickeln. Dabei konstruiert TECO 2030 mit der Unterstützung von Implenia einen Brennstoffzellengenerator, der auf Implenias Baustellen getestet wird und später Dieselgeneratoren ersetzen soll.

Auf diese Weise könnten Baustellengeräte bald nicht mehr auf fossile Brennstoffe angewiesen sein und stattdessen mit aus Wasserstoff erzeugtem Strom betrieben werden. Als Abfallprodukte entstehen dabei lediglich Wasserdampf und warme Luft. Dies bedeutet einen entscheidenden Schritt in Richtung klimaneutrales Bauen - ein Ziel, dem Implenia bereits seit Jahren entgegen strebt.

Das Projekt ist Teil des Plans der norwegischen Regierung, ab 2025 in der Bauwirtschaft und dem Transportsektor auf den Einsatz fossiler Brennstoffe zu verzichten. Gefördert wird es von dem norwegischen Staatsunternehmen Enova mit einem grosszügigen Beitrag von NOK 15,6 Mio.

Hydrogen Storage in der Forschung - Der Workstream Hydrogen Storage des Subspace Energy Hub

Hinter dem Subspace Energy Hub verbirgt sich eine Initiative für innovative Energieprojekte, unter anderem mit einem Fokus auf Speichertechnologien, insbesondere Wasserstoff. Der Workstream Hydrogen Storage untersucht die Möglichkeit der Wasserstoffspeicherung in harten Felstunneln. Gelingt dies, könnte bald eine platzsparende, sichere und kostengünstige Möglichkeit der Energiespeicherung unter der Erde zur Verfügung stehen .

Der Schlüssel zur Energiewende?

Eingangsbereich des Versuchsstollens Hagerbach. Zwei identische Roboter mit vier Beinen stehen auf einem betonierten Boden. — Der Versuchsstollen Hagerbach ist eine Einrichtung für Forschung und Entwicklung im Bereich Berg- und Tunnelbau.

Wir bei Implenia wissen, dass der Gang in die Tiefe bisweilen die Lösung zum Vorankommen sein kann. Dass unter Tage ein entscheidender Baustein der Energiewende liegt, möchte der Subspace Energy Hub im Rahmen des Workstream Hydrogen Storage aufzeigen. Sind seine Tests erfolgreich, könnten in Felstunneln grosse Mengen von Wasserstoff gespeichert und damit eine stabile Energieversorgung sichergestellt werden.

Der Subspace Energy Hub untersucht dabei nicht nur die technische Möglichkeit, sondern auch die Wirtschaftlichkeit der Nutzung von grünem Wasserstoff als erneuerbare Energieressource, die den Kohlendioxidausstoss reduzieren soll.

Technische Herausforderungen von Hydrogen Storage in Felstunneln

Zwei Arbeiter in einer dunklen, unterirdischen Umgebung sind mit Schweissarbeiten beschäftigt.

Nicht nur die Eigenschaften von Wasserstoff selbst, sondern auch die besonderen Bedingungen unter der Erde stellen hohe Anforderungen an den Bau eines Wasserstoffspeichers: Um das flüchtige Gas an Ort und Stelle zu halten, bedarf es einer besonders dichten Mantelkonstruktion.

Zwischen Mantel und das umgebende Gestein muss eine kraftschlüssige Verfüllung verbaut werden, die eine gleichmässige Spannungsverteilung sicherstellt und so verhindert, dass der Mantel beschädigt wird. Notwendig ist zudem ein vorausschauendes Wassermanagement, das lokale Druckstellen und Lecks vermeidet. Schliesslich müssen regelmässige Überwachungen (structural healt monitoring) durchgeführt werden, um zu überprüfen, ob die tatsächlichen Entwicklungen den ursprünglichen Berechnungen entsprechen oder etwaige Anpassungen vorzunehmen sind.

Bund plant klimaneutrale Schweiz bis 2050

Der Bund erkennt ebenfalls das Potenzial der Wärmespeicherung unter Tage. Der Bundesrat plant nun gemeinsam mit den zuständigen Bundesämtern, die saisonale Wärmespeicherung im Untergrund optimal zu nutzen. Damit verfolgt er das Ziel, die Schweiz bis 2050 klimaneutral zu machen und unter Ausschöpfung sämtlicher Möglichkeiten den_CO2-Ausstoss zu senken.

Swiss-STES

Schematische Darstellung einer Erdwärmepumpe, die zur Heizung und Kühlung eines Hauses eingesetzt wird.

Auch die SwissSTES (STES steht für “seasonal thermal energy storage”, auf Deutsch “Saisonale Thermische Energiespeicherung”) forscht im Bereich Hydrogen Storage. Das Flaggschiffprojekt soll die Abhängigkeit der Schweiz von fossilen Brennstoffen reduzieren und ihr den Weg zu einer_CO2- neutralen Gesellschaft ebnen. Dafür entwickeln und implementieren verschiedene Schweizer Forschungseinrichtungen und Industriepartner STES- Technologien wie Wasserstoffspeicher. Implenia ist ebenfalls Teil der Forschungsgruppe SwissSTES.

Bubble in the Lake Storage (BILS)

Die Frage, wie Wasserstoff sicher und effektiv gespeichert werden kann, ist nicht die einzige Hürde auf dem Weg zu einer klimaneutralen Schweiz. Denn die Energiespeicher benötigen Platz - eine Ressource, die in den urbanen Gebieten des Landes nur begrenzt zur Verfügung steht.

Während der Subspace Energy Hub die Lösung dafür in Felstunneln unter der Erde sucht, schlägt die SwissSTES unter der Mitwirkung von Implenia auch anderen Wege ein. Ein Ansatz der SwissSTES nennt sich “Bubble in the Lake Storage” (BILS). Dabei sollen in Seen grosse Energiespeicher platziert werden, die nicht aus starren Materialien, sondern aus flexibler Haut bestehen - eine “Blase im See” eben -, die den schnellen und kostengünstigen Auf- und Abbau der Speicher ermöglicht.

SwissSTES und Implenia testen diesen neuartigen Ansatz derzeit im Genfersee. Lässt sich der Bubble in the Lake Storage technisch und wirtschaftlich realisieren, könnten in der Zukunft erneuerbare Energien auf dem Boden der Schweizer Seen gespeichert werden.