Sicherheit von Wasserstoff - GET H2 - Mit Wasserstoff bringen wir gemeinsam die Energiewende voran.

Factsheet Sicherheit von Wasserstoff

Wasserstoff soll eine der Säulen der Energiewende werden. Insbesondere in der Industrie aber auch in den Sektoren Strom, Wärme und Mobilität kann er als Energieträger und Rohstoff entscheidend zur Reduzierung der CO₂-Emissionen beitragen. Das bedeutet den Aufbau von Elektrolyseanlagen zur Erzeugung von Wasserstoff, von Infrastrukturen zum Transport, zum Import und zur Speicherung sowie von neuen Anlagen zur Anwendung von Wasserstoff. Wie in allen Bereichen der Energiewirtschaft sind alle Komponenten behördlich genehmigt. Das bedeutet in Deutschland grundlegend, dass alle Risiken technisch beherrscht werden, Schutzeinrichtungen und Prozesse nach Stand der Technik vorhanden sind, behördliche Auflagen erfüllt werden, regelmäßige Prüfungen stattfinden und Notfall- und Sicherheitskonzepte vorliegen.

1. Was ist das Besondere an Wasserstoff mit Blick
auf einen sicheren Umgang?

Wasserstoff ist 14-mal leichter als Luft. Wird Wasserstoff freigesetzt, steigt er sofort nach oben und verflüchtigt sich sehr schnell – anders als z. B. Benzin oder Propan, die sich am Boden sammeln. Das ist ein wichtiger Sicherheitsvorteil.
Reiner Wasserstoff z. B. in Tanks oder Pipelines ist nicht brennbar. Erst wenn Wasserstoff mit Luft gemischt wird (bei Konzentrationen von 4–77 %), entsteht ein entzündliches Gemisch. An der Umgebungsluft ist Wasserstoff leicht entzündlich und brennt mit einer fast unsichtbaren Flamme, die wenig Hitze abstrahlt.
Wie beim Erdgas erfordert der sichere Umgang mit Wasserstoff besondere Vorkehrungen: explosionsgeschützte Geräte, Gasdetektoren und geschultes Personal. Insbesondere im Betrieb der Infrastrukturen lassen sich die Erfahrungen aus dem Erdgasbereich direkt übertragen.
Die chemische Industrie in Deutschland nutzt Wasserstoff bereits seit mehr als 100 Jahren in großen Mengen.

2. Wie wird der sichere Transport von Wasserstoff gewährleistet?

Wasserstoff soll in großen Mengen über unterirdische Leitungsnetze transportiert werden. Wie seit Jahrzehnten beim Erdgas wird es hier überregionale Transportnetze und vereinzelt Verteilnetze in den Städten geben.
Der Transport über Leitungen unterliegt dem Regelwerk des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfachs (DVGW). Alle für die Leitungen und Stationen verwendeten Bauteile sind für den Transport von Wasserstoff zugelassen und geprüft.
Das Fachpersonal wird speziell geschult, unter anderem an einer H₂-Trainingsstrecke, die der GET H2 Partner OGE in Werne aufgebaut hat.
Die Leitungen und Stationen werden regelmäßig geprüft und gewartet. Wie bei den Leitungen des Erdgasnetzes werden hierfür unter anderem Befliegungen durchgeführt, sowie intelligente Analysegeräte, sogenannte Molche, für die Überprüfung der Leitungen von innen eingesetzt. Für das Wasserstoffnetz wurden einige Sensorsysteme speziell neu entwickelt.
Unternehmen wie die GET H2 Partner SYNEQT, BASF, AirLiquide, Linde oder Salzgitter betreiben bereits sichere lokale und regionale Wasserstoffnetze mit in Summe mehreren hundert Kilometern Länge.

3. Wie kann Wasserstoff sicher gespeichert werden?

Für die Speicherung von Wasserstoff sind vor allem unterirdische Salzkavernen (Kavernenspeicher) sowie ehemalige Erdgaslagerstätten (Porenspeicher) geplant. Diese Speicher sind auch die wichtigste Lagerstätte für Erdgas. Erste Pilotprojekte haben gezeigt, dass sie auch für die Speicherung von Wasserstoff geeignet sind.
Die Speicher und die notwendige Infrastruktur verfügen wie beim Erdgas über umfangreiche Sicherungssysteme wie Druckentlastungssysteme, Leckage-Detektoren und Notabschaltungen.
Vor allem wenn kleinere Mengen Wasserstoff transportiert und gelagert werden, kann dies als komprimiertes Gas in Druckbehältern oder tiefkalt in flüssiger Form geschehen. Diese Art der Lagerung ist seit Jahrzehnten im Industriegasebereich erprobt. Die Behälter durchlaufen vor der Zulassung Druck-, Brand- und Beschusstests und werden regelmäßig von TÜV oder BAM inspiziert.

4. Wie erfolgt eine sichere Herstellung von Wasserstoff?

Bei der Herstellung von Wasserstoff sind zwei Verfahren wichtig:

Bereits seit knapp 100 Jahren wird Wasserstoff in der chemischen und petrochemischen Industrie durch die Dampfreformierung hergestellt. Dabei wird Erdgas in seine Bestandteile aufgespalten.
Für den Aufbau der Wasserstoffwirtschaft spielt die Elektrolyse die Hauptrolle. Dabei wird Wasser mit Hilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die Chlor-Alkali-Elektrolyse wird bereits seit mehr als 100 Jahren in industriellem Maßstab durchgeführt. Die PEM-Elektrolyse und die Festoxid-Elektrolyse wurden in den 1960er Jahren entwickelt.

Für beide Herstellungsverfahren gibt es klare Regelwerke und es gelten hohe Sicherheitsvorkehrungen. Für die Produktion von grünem Wasserstoff sind flexibel einsetzbare Elektrolyseure wichtig. Der Betrieb der Anlage wird entsprechend angepasst und alle Sicherheitsmaßnahmen werden daraus abgeleitet. Bei der Genehmigung von Anlagen im industriellen Maßstab werden Sicherheit, Standort und Umweltauswirkungen genauestens geprüft.

5. Wie erfolgt eine sichere Anwendung von Wasserstoff in der Industrie?

Wasserstoff wird auf drei verschiedene Arten eingesetzt:

Als Rohstoff in der chemischen Industrie, um Grundchemikalien, Zwischenprodukte und Vorprodukte für die Pharmaindustrie, die Kunststoffindustrie, die Agrarwirtschaft und viele andere Bereiche herzustellen.
Als Prozessgas z. B. in Raffinerien bei der Entschwefelung von Kraftstoffen, bei der Stahlproduktion zur Eisenerz-Reduktion sowie zur Wärmebehandlung von Stahl oder zur Reinigung in der Halbleiterindustrie.
Als Energieträger zur Erzeugung von Prozesswärme im Hochtemperaturbereich. In Öfen der Stahl-, Glas- oder Ziegelindustrie kann er so fossile Brennstoffe ersetzen.

Bei den bestehenden Anwendungen gibt es ausgereifte Sicherheitskonzepte, die gasdichte Anlagen, Gasdetektoren, Inertisierung und Notfallpläne umfassen. Die Anlagen unterliegen der Betriebssicherheitsverordnung und bei größeren Mengen der Störfall-Verordnung. Für neue Anwendungen wie beispielsweise wasserstoffbasierte Direktreduktionsanlagen zur Herstellung von grünem Stahl haben Unternehmen wie der GET H2 Partner Salzgitter umfangreiche Schutzeinrichtungen sowie Sensoren installiert.

6. Wie erfolgt eine sichere Anwendung von Wasserstoff in weiteren Sektoren wie Mobilität, Stromerzeugung und Wärme?

Weitere Sektoren, in denen Wasserstoff zukünftig zum Einsatz kommen könnte, sind die Mobilität, die Stromerzeugung oder auch die Gebäudewärme. Auch hier wird dafür gesorgt, dass eine sichere Anwendung von Anfang an gewährleistet ist.

Mobilität

Brennstoffzellenfahrzeuge erfüllen dieselben Sicherheitsstandards wie konventionelle Autos. Die Tanks sind crashtest-geprüft und bleiben selbst bei schweren Unfällen intakt. Bei einem Unfall schließt das System sofort die Wasserstoffzufuhr. Tankstellen unterliegen der Betriebssicherheitsverordnung und benötigen eine Erlaubnis für die Befüllung von Fahrzeugen mit Wasserstoff.

Stromerzeugung

Die neuen Gaskraftwerke, die in Deutschland entstehen werden, sollen eine Umstellung auf Wasserstoff ermöglichen. Dies geschieht über für die Verbrennung von Wasserstoff ausgerichtete Turbinen. Die weiteren Technologien und die Sicherheitskonzepte entsprechen denen für Erdgas, berücksichtigen aber die spezifischen Eigenschaften von Wasserstoff. Wie bei allen Kraftwerken werden auch diese Anlagen von TÜV oder anderen Prüfstellen regelmäßig inspiziert werden.

Wärme

Die Nutzung von Wasserstoff in Haushalten wird in Pilotprojekten erprobt – sowohl als Beimischung ins Erdgasnetz als auch in reinen Wasserstoff-Heizgeräten. Diese Gasgeräte müssen für Wasserstoff zugelassen sein. Installateure und Schornsteinfeger werden entsprechend geschult.

Download Factsheet