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Sep 04, 2023

Rystad Energy erwartet bis 2035 ein starkes Wachstum der Wasserstoffpipelines

Schätzungen des unabhängigen Forschungs- und Business-Intelligence-Unternehmens Rystad Energy

Das unabhängige Forschungs- und Business-Intelligence-Unternehmen Rystad Energy schätzt, dass es weltweit etwa 91 geplante Wasserstoffpipeline-Projekte mit einer Gesamtlänge von 30.300 Kilometern gibt, die bis etwa 2035 ans Netz gehen sollen. Heute sind bereits mehr als 4.300 Kilometer für den Wasserstofftransport vorhanden, wobei mehr als 90 % Das Unternehmen gibt an, dass es seinen Sitz in Europa und Nordamerika habe.

Während die Welt versucht, ihren Weg zum Netto-Nullpunkt zu beschleunigen, beginnt sich eine neue Wasserstoffinfrastruktur zu entwickeln. Wasserstoff hat eine hohe gravimetrische Energiedichte und eine niedrige volumetrische Energiedichte. Dies bedeutet, dass Wasserstoffpipelines unter den Optionen bei der Beförderung von Wasserstoff über kurze bis mittlere Entfernungen weitaus besser sein werden als Schiffe, sagt Rystad.

In Fällen, in denen Wasserstoff verschifft wird (als Wasserstoff oder seine Derivate), wird er schließlich über Wasserstoffpipelines an Land verteilt, was den Transport über Pipelines zu einem kritischen Transportmittel für das Gas macht. Wasserstoffpipelines werden bereits zur Versorgung von Industriezentren (z. B. in petrochemischen Anlagen) eingesetzt. Da das Angebot zunimmt und sich von Gebieten mit reichlich vorhandener und erneuerbarer Energie zu Nachfragezentren verlagert, werden lange Übertragungsleitungen eine Notwendigkeit sein, und diese Pipelines würden aus Kostengründen größere Durchmesser und einen höheren Druck und folglich höhere Stahlqualitäten erfordern.

Weltweit steht Europa an der Spitze der Bemühungen, grünen Wasserstoff zu produzieren und zu importieren, und seine Aufmerksamkeit richtet sich nun auf den Aufbau der notwendigen Infrastruktur, um ihn zu den Nachfragezentren zu bringen. Einer Studie von Rystad Energy zufolge gehören Spanien, Frankreich und Deutschland zu den Ländern, die sich für grenzüberschreitende Pipelines zur Erleichterung des Energieflusses entschieden haben oder diese in Betracht ziehen, während sich das Vereinigte Königreich mit seinem ausgedehnten Gasnetz in einer guten Position befindet, von Erdgas auf Wasserstoff umzusteigen.

Die stetige Zunahme an Pipeline-Projekten für Wasserstoff ist ein erstes Anzeichen dafür, dass die Energiewende Fahrt aufnimmt. Europa ist mit seinem ausgedehnten Gasnetz gut aufgestellt, um den Sprung zu wagen. Die Umstellung der Infrastruktur von Gas auf Wasserstoff ist möglich und kostengünstig. Das größte Hindernis ist jedoch nicht finanzieller Natur, sondern die physikalischen Eigenschaften von Wasserstoff selbst, die sich erheblich von denen von Öl und Gas unterscheiden.

Wasserstoff ist eine wichtige Säule bei der Dekarbonisierung der EU, wie in ihrer Wasserstoffstrategie für 2020 dargelegt, und sein Einsatz erhielt durch das „Fit for 55“-Paket einen Schub. Es spielt auch eine zentrale Rolle im REPowerEU-Plan zum Ausstieg aus russischen Importen fossiler Brennstoffe, der darauf abzielt, bis 2030 10 Millionen Tonnen erneuerbaren Wasserstoff zu produzieren und im gleichen Zeitraum weitere 10 Mio. Tonnen zu importieren.

Unter Berücksichtigung der vorgeschlagenen grünen Wasserstoffprojekte in der EU verfügt Europa derzeit über ein lokales Angebot von 7,9 Mio. t, das bis 2030 in Betrieb genommen werden soll (oder nur 2,1 Mio. t vom Ziel entfernt), während sich das nahegelegene Angebot im übrigen Europa – vor allem im Vereinigten Königreich und in Norwegen – auf 1 Mio. t beläuft weitere 1 Mt im Nahen Osten. Darüber hinaus befinden sich 3,4 Mio. Tonnen der vorgeschlagenen Projekte in Afrika, die die größten Mengen Wasserstoff nach Europa liefern könnten – per Schiff oder Pipeline.

Um deren Verteilung innerhalb des Blocks zu planen, hat die European Hydrogen Backbone (EHB)-Initiative – eine Gruppe von 31 europäischen Gastransportnetzbetreibern (TSOs) – ein Visionspapier für die zukünftige Wasserstoffpipeline-Infrastruktur veröffentlicht. Dies basiert auf einer nationalen Analyse der Verfügbarkeit der bestehenden Erdgasinfrastruktur, künftigen Entwicklungen auf dem Erdgasmarkt und künftigen Entwicklungen auf dem Wasserstoffmarkt.

Laut der Wasserstoffinfrastrukturkarte 2030 des EHB wird in den 28 beteiligten europäischen Ländern eine Gesamtlänge von ~28.000 km im Jahr 2030 und 53.000 km im Jahr 2040 erwartet. Derzeit sind bis 2030 dedizierte Wasserstoffpipelines mit einer Länge von 23.365 km verfügbar, was 83 % des Ziels für 2030 entspricht. Der Ausbau von Wasserstoffpipelines in Europa würde schrittweise erfolgen und der Projektstart für Übertragungs- oder Verteilungspipelines wird von der Nachfrage abhängen.

Die EHB-Vision für das Wasserstoffpipelinenetz in Europa im Jahr 2040.

Frankreich, Spanien und Deutschland. Mit der Planung von On- und Offshore-Pipelines übernimmt Europa weltweit die Führung. Die kürzlich angekündigte Unterwasser-Wasserstoffpipeline H2Med Barcelona-Marseille soll auf einer Strecke von 450 km etwa 2,1 Milliarden US-Dollar kosten, und kürzlich wurde angekündigt, dass sie auch nach Deutschland verlängert wird.

Vier Netzbetreiber – Enagas aus Spanien, REN aus Portugal und GRT und Terega aus Frankreich – führen derzeit technische Studien, mögliche Pipeline-Layouts und Kostenbewertungen durch. Deutschlands erstes Offshore-Wasserstoffpipeline-Projekt AquaDuctus wird grünen Wasserstoff von Offshore-Windanlagen in der Nordsee nach Deutschland transportieren. Die Pipeline erstreckt sich über mehr als 400 km und soll laut einem ihrer Projektpartner, RWE, im Vergleich zum Transport von Strom aus einer Hochspannungsleitung die kostengünstigste Option für den Transport großer Energiemengen über Entfernungen von mehr als 400 Kilometern sein Gleichstromübertragungssystem (HGÜ). Aus diesem Grund ist die Möglichkeit des Stromtransports an Land über Stromkabel ausgeschlossen.

Griechenland. Die Westmakedonien-Pipeline ist eine neue Erdgaspipeline, deren Bau Anfang dieses Jahres in Griechenland begonnen hat. Es wurde so konzipiert, dass es zu einem späteren Zeitpunkt sicher 100 % Wasserstoff unter hohem Druck durch hochfeste Stahlrohrleitungen mit großen Durchmessern transportieren kann. Der griechische Gasfernleitungsnetzbetreiber DESFA wird diese 163 km lange Pipeline betreiben, die Teil der EHB-Initiative ist.

Der Bau neuer spezieller Wasserstoffpipelines wird durch die Umnutzung bestehender Gasnetze ergänzt. Nach Angaben des EHB könnten bis 2040 60 % umgewidmet werden, nach in Arbeit befindlichen Pipeline-Projekten sind es derzeit 40 %.

Der Neubau von Pipelines wird erforderlich sein, kann jedoch mit einer Reihe von Hürden in Bezug auf Verkehrsbewegungen, Baumanagement und Umweltschutz konfrontiert sein, insbesondere wenn sie sich über große Entfernungen erstrecken und durch Wohngebiete verlaufen. Beispielsweise könnte die neue 125 km lange HyNet North West-Pipeline von Cadent im Vereinigten Königreich die Entwicklung des Projekts behindern. HyNet wird Wasserstoff produzieren, speichern und verteilen sowie Kohlenstoff aus der Industrie im Nordwesten abfangen und speichern.

Die Pipeline, die die erste 100-prozentige Wasserstoffpipeline Großbritanniens in großem Maßstab sein könnte, soll den im Stanlow Manufacturing Complex produzierten Wasserstoff an mehrere Industriegaskunden in der gesamten Region verteilen. Über das Regulierungsmodell für Wasserstoffpipelines im Land wurde jedoch noch keine Einigung erzielt, und der Warrington Council, eine der lokalen Behörden an der Route der Pipeline, behauptete, dies würde eine örtliche Wohnsiedlung stören.

Die Umnutzung von Pipelines bietet aus wirtschaftlicher Sicht eine überzeugende Alternative und kann im Vergleich zum Bau neuer Pipelines auch beschleunigt werden, sagt Rystad. Europa verfügt über ein ausgedehntes Gasnetz, und die Umnutzung dieses Netzes für Wasserstoff angesichts des Gasrückgangs wird einem System Leben einhauchen, das andernfalls möglicherweise verrostet wäre. Nach Modifikationen können umgebaute Erdgasleitungen aus Stahl 100 % Wasserstoffgas aufnehmen. Wenn Wasserstoff jedoch mit Gas gemischt wird, ist der Anteil auf etwa 20 % begrenzt, wenn sein Endzweck die direkte oder indirekte Erwärmung ist.

Umnutzung von Erdgasleitungen. Einschlägige Studien gehen davon aus, dass die Nutzung bestehender Erdgasnetze für den Wasserstofftransport viermal kostengünstiger ist als der Bau neuer Pipelines. Zwischen einem Wasserstofftransportnetz, das auf umgewidmeten Erdgasleitungen basiert, und einem Wasserstofftransportnetz, das vollständig aus neuen Pipelines besteht, gibt es bei den Betriebskosten nur begrenzte Unterschiede. Da der Transport im Allgemeinen einen höheren Investitionsaufwand als die Betriebskosten verursacht, könnte dies auch ein Grund dafür sein, dass es nur begrenzte Unterschiede beim Transport von Wasserstoff anstelle von Erdgas gibt.

Die Machbarkeit einer Umnutzung von Erdgaspipelines hängt von der Überwindung technischer Probleme im Zusammenhang mit der Pipelineübertragung ab, zu denen Wasserstoffversprödung von Stahl und Schweißnähten, Wasserstoffpermeation und Leckagen gehören.

Die Fähigkeit von Wasserstoff, auf Metalloberflächen zu dissoziieren, sich im Metallgitter aufzulösen und die mechanische Reaktion des Metalls zu verändern, führt zu wasserstoffunterstützter Ermüdung und Bruch, einem Prozess namens Wasserstoffversprödung, der eine erhebliche Herausforderung für bestehende Erdgasleitungen aus Stahl darstellt . Die kleinen Wasserstoffmoleküle können das Material durchdringen und zu Undichtigkeiten führen. Um die Herausforderungen beim Transport von Wasserstoff zu meistern, können Beschichtungen, Hülsen und Gehäuse aus Materialien mit ausreichender Beständigkeit gegen Wasserstoffversprödung und -permeation verwendet werden. Bisher wurde dies jedoch noch nicht im kommerziellen Maßstab in Übertragungspipelines getestet.

Es besteht ein großes Potenzial für den Einsatz von verstärkten thermoplastischen Rohren (RTP) in Verteilungsleitungen für Wasserstoff, da RTP in Längen erhältlich sind, die wesentlich länger als Stahlrohre sind, und die Installationskosten für RTP-Rohrleitungen etwa 20 % günstiger sind als für Stahlrohrleitungen.

Im Vereinigten Königreich wurden 62,5 % des bestehenden Gasverteilungsnetzes mit Polyethylen in die Eisenrohre modernisiert, und die meisten dieser Netze werden für die zukünftige Nutzung von Wasserstoff in Betracht gezogen. Aufgrund von Sicherheitsbedenken werden große Teile des Verteilungsnetzes von Eisenpipelines im Rahmen des britischen Programms zum Austausch von Eisengasleitungen schrittweise modernisiert und es wird geschätzt, dass bis 2032 90 % des alten Gasverteilungsnetzes Polyethylen verwenden werden. Das bedeutet Glücklicherweise ist das Vereinigte Königreich in einer guten Position, die Verteilung von Wasserstoff über Pipelines zu beschleunigen, wann und wo dies erforderlich ist.

Dennoch kommt eine aktuelle Studie von Open Grid Europe gemeinsam mit der Universität Stuttgart zu dem Ergebnis, dass bestehende im deutschen Gasnetz installierte Stahlrohrleitungen „wasserstoffbereit“ sind und bereits bis zu 100 % Wasserstoff transportieren können. Es wurde festgestellt, dass sie „in ihrer grundsätzlichen Eignung zum Transport von Wasserstoff keine Unterschiede zu Erdgas aufweisen“. Dies gilt für alle Stahlsorten, die in Gaspipelines in Deutschland und einigen anderen Teilen Europas verwendet werden.

Im Rahmen der Untersuchung wurden Proben der in deutschen Pipelines verwendeten Stahlsorten ausführlichen Messmethoden unterzogen, die im Gegensatz zu früheren Studien zusätzliche Variablen wie den Einfluss des Wasserstoffdrucks berücksichtigten.

Allerdings, so Rystad, hätten Gespräche mit Rohrherstellern gezeigt, dass einige von ihnen die Schlussfolgerungen der Studie für optimistisch halten. Abhängig von ihren metallurgischen und mechanischen Eigenschaften und dem aktuellen Zustand des Rohrs nach Jahren im Betrieb kann sich eine Wasserstoffversprödung auf die Rohre auswirken. Infolgedessen erwartet Rystad Energy eine größere Variabilität hinsichtlich der Eignung bestehender Pipelines für den Transport von Wasserstoff. Auch wenn sich diese Schlussfolgerung nur auf Rohre und nicht auf die Kompression, Ventile oder andere Komponenten bezieht, können Gasleitungen im besten Fall mit relativ geringem Aufwand wasserstofftauglich gemacht werden, verglichen mit dem, was bisher angenommen wurde.

Gepostet am 11. April 2023 in Europa, Wasserstoff, Infrastruktur, Markthintergrund | Permalink | Kommentare (4)