Mehrere Teams aus Forschenden dreier Fraunhofer-Institute und Industriepartnern widmeten sich in den vergangenen drei Jahren den unterschiedlichen Aspekten einer sicheren Wasserstoff-Infrastruktur. Untersucht wurden u. a. die Wasserstofftauglichkeit von Werkstoffen, Speicherkonzepte sowie Technologien, die die Betriebssicherheit und Qualität bei der Produktion und Verteilung von Wasserstoff gewährleisten sollen.

Werkstoffe und Komponenten: Neue Sicherheitsstandards und Prüfverfahren gefragt

Für eine breite Nutzung und Akzeptanz von Wasserstoff müssen das vorhandene Erdgasnetz und die lokale Infrastruktur bei Verbraucherinnen und Verbrauchern hohe Sicherheitsstandards erfüllen. Dazu bedarf es neuer standardisierter Verfahren, nach denen Rohrleitungswerkstoffe und Peripheriekomponenten geprüft werden, argumentieren die Forschenden. Sie haben vorhandene Prüfverfahren evaluiert und den Rahmen für notwendige neue Prüfverfahren und Richtlinien abgesteckt, zu denen beispielsweise Untersuchungen zur Materialversprödung durch Wasserstoff gehören.

Speicherung: Viel Speicherpotenzial für H₂ im geologischen Untergrund

Ebenfalls untersucht wurden verschiedene Speichermethoden für Wasserstoff. Das Positionspapier gibt einen umfassenden Überblick über die Vor- und Nachteile von Druckbehältern, Untertagespeichern sowie flüssiger und chemischer Speicherung von Wasserstoff. Das größte Potenzial für die großvolumige Speicherung bietet in Deutschland der geologische Untergrund. Für die unterirdische Speicherung von H₂ im großen Stil müssen nach Ansicht der Forschenden jedoch eine Reihe technologischer Fragen geklärt werden, denn die Erfahrungen mit der Speicherung von Erdgas sind auf Wasserstoff nicht ohne Weiteres übertragbar: Welche geologischen Formationen sind unter ökologischen, ökonomischen und gesellschaftlichen Gesichtspunkten am besten geeignet für die Speicherung von Wasserstoff? Wie groß ist die Kapazität dieser möglichen Lagerstätten in Deutschland? Wie müssen Barriereelemente beschaffen sein, um das unkontrollierte Austreten des unter hohem Druck gespeicherten Gases zu verhindern? Erste Antworten auf diese Fragen geben die Autorinnen und Autoren in ihrer Publikation, konstatieren aber zugleich, dass weitere Forschung notwendig ist.

Betriebssicherheit: Sensorik zur Leckagedetektion und Qualitätsüberwachung

Eine permanente Überwachung wasserstoffführender Systeme ist nötig, um Brände oder Explosionen zu verhindern. Dazu braucht es fest installierte H₂-Warnsensoren und Sensorsysteme für die Ferndetektion, die Leckagen innerhalb kürzester Zeit zuverlässig entdecken. Im Positionspapier erörtern die Autorinnen und Autoren Vor- und Nachteile aller wesentlichen Messprinzipien zur Detektion von Wasserstoff. Neuartige Sensoren sind ihrer Ansicht nach nötig: Erstens, um H₂ flächendeckend, kostengünstig und zuverlässig zu detektieren; zweitens, um die Qualität des Gases, das aus unterschiedlichen Quellen kommt, zu bestimmen. Das Positionspapier gibt einen umfassenden Überblick über mögliche Verunreinigungen von H₂ und geeignete Messverfahren zur Bestimmung der Gasreinheit, die vor allem beim Einsatz von Wasserstoff in Brennstoffzellen eine wichtige Rolle spielt.

Erste konkrete Ergebnisse aus dem Projekt TransHyDE stellt das Positionspapier vor: Fraunhofer IPM entwickelte ein kostengünstiges Raman-Spektrometer für die selektive Wasserstoffdetektion sowie einen photoakustischen Sensor zur Echtzeit-Messung der Reinheit von Wasserstoff. Mit dem RMA-H2-Loop entstand der weltweit größte Wasserstoffprüfstand für Gasmengenzähler beim Industriepartner RMA Rheinau. Im Teilprojekt H2Direkt konnten die Projektpartner zeigen, dass das bestehende Erdgasnetz grundsätzlich mit 100 Prozent Wasserstoff betrieben werden kann. Dazu koppelten sie einen Netzbereich für zunächst 18 Monate ab und versorgten zehn Haushalte und einen Gewerbekunden erfolgreich mit Wasserstoff.