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Forschung im DVGW-Innovationsprogramm Wasserstoff

In einzelnen Forschungsprojekten wird untersucht, wie es gelingen kann, unser Energiesystem mithilfe von Wasserstoff klimaneutral zu gestalten.

DVGW-Forschung für das Energiesystem der Zukunft

Mit Wasserstoff effektiven Klimaschutz und wirtschaftliche Innovation verbinden

Damit die zunehmende Nutzung klimaneutraler Gase wie Wasserstoff gelingen kann, fördert der DVGW schon seit über zehn Jahren die Forschung auf diesem Gebiet und ist Partner in nationalen sowie europäischen Projekten. In zahlreichen Forschungsprojekten wird untersucht, wie das Energiesystem mithilfe klimaneutraler Gase und den bestehenden Gasinfrastrukturen zukunftsfähig gestaltet werden kann. Die gesamte Wertschöpfungskette des Wasserstoffs rückt nun noch stärker in den Fokus: Erzeugung, Transport und Anwendung werden betrachtet genauso wie die Integration von Wasserstoff ins Energiesystem als Ganzes.
Damit die zunehmende Nutzung klimaneutraler Gase wie Wasserstoff gelingen kann, fördert der DVGW schon seit über zehn Jahren die Forschung auf diesem Gebiet und ist Partner in nationalen sowie europäischen Projekten. In zahlreichen Forschungsprojekten wird untersucht, wie das Energiesystem mithilfe klimaneutraler Gase und den bestehenden Gasinfrastrukturen zukunftsfähig gestaltet werden kann. Die gesamte Wertschöpfungskette des Wasserstoffs rückt nun noch stärker in den Fokus: Erzeugung, Transport und Anwendung werden betrachtet genauso wie die Integration von Wasserstoff ins Energiesystem als Ganzes.
Die gesamte Wertschöpfungskette von Wasserstoff im Blick
DVGW-Innovationsprogramm untersucht die gesamte H2-Wertschöpfungskette im Blick
DVGW-Innovationsprogramm: Die gesamte H2-Wertschöpfungskette im Blick © DVGW

Beim DVGW-Innovationsprogramm liegt der Fokus auf der gesamten Wertschöpfungskette von Wasserstoff: Sowohl Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung als auch der Transport und die Verteilung werden in den Blick genommen, ebenso wie die Wasserstoff-Toleranz von Gasanwendungen.

Einige Projekte untersuchen den Einfluss von Wasserstoff auf Materialien von Gasleitungen und Speichern oder auf Anwendungen wie Gasverbrennungsmotoren und Heizungsanlagen. Gasgeräte werden auf Herz und Nieren geprüft. In Labor- und Feldversuchen wird zudem getestet, bis zu welchem Wasserstoffanteil ein reibungsloser Betrieb möglich ist. Weitere Projekte widmen sich den Fragen, wie die ideale Umstellung des Gassystems aussehen könnte und was diese kosten würde.

Außerdem wird betrachtet, wie Wasserstoff in das zukünftige Energiesystem integriert werden kann. Denn mit der Kombination aller Energieträger und Technologien lässt sich die Klimaneutralität schnell und sozialverträglich erreichen.

Die vier Themenschwerpunkt entlang der Wertschöpfungskette

Das Innovationsprogramm Wasserstoff beschäftigt sich mit allen Abschnitten der Wertschöpfungskette. Einzelne, in diesem Programm geförderte Forschungsprojekte widmen sich sowohl den Fragestellungen rund um Erzeugung, Transport, Verteilung und Anwendung des Gases als auch systemischen Betrachtungen.

Wo kommt der Wasserstoff her?

Erzeugung und Aufbereitung von Wasserstoff

Es existieren mehrere Verfahren zur klimaneutralen Herstellung von Wasserstoff und es gibt weltweit genug Ressourcen, um den zukünftigen Bedarf zu decken. Die Produktionskapazitäten müssen daher global und schnell aufgebaut werden. Jede Quelle sollte genutzt werden, um rasch und effektiv die Treibhausgasemissionen zu senken. Wissenslücken müssen jetzt geschlossen werden, um zügig die Erzeugung im In- und Ausland anzukurbeln und hochzufahren.

    Überblick über Verfahren zur Wasserstoffherstellung, von der Dampfreformierung aus Erdgas und CCS bis hin zu Power-to-Gas mit erneuerbarem Strom
    Verfahren zur klimafreundlichen Herstellung von Wasserstoff - ein Überblick © DVGW

    Geforscht wird deshalb an:

    • technologische und verfahrenstechnische Bewertung von Erzeugungsverfahren wie Pyrolyse, Elektrolyse und Reformierung von Erdgas und Biogas mit Aufbereitung/Reinigung (CCS und CCU)
    • technische Aspekte der einzelnen Schritte in der Wasserstoff-Aufbereitung wie der Reinigung, Verflüssigung oder Einspeisung
    • Weiterentwicklung und Validierung der Messtechnik, um den Anforderungen an die Gasqualität nach ISO 14687 zu entsprechen
    • Weiterverarbeitung von Wasserstoff via Methanisierung
    • Klassifikation von erneuerbaren Gasen ("Farbenlehre")
    Wie kommt der Wasserstoff dort hin, wo er gebraucht wird?
    Gasnetz in Deutschland © DVGW

    Wasserstoff-Infrastruktur

    Immer mehr Anwendungen in allen Sektoren sollen bereits kurzfristig mit Wasserstoff betrieben werden: Erste Industriebetriebe bereiten die Umstellung ihrer Prozesse vor, Quartiere werden über Wasserstoff-Technologien mit Strom und Wärme versorgt. Neue Wasserstoffheizungen und Umrüstungen bestehender Gasheizungen werden entwickelt. Der öffentliche Nah- sowie der Individualverkehr nutzen zunehmend Wasserstoff.

    Eine flächendeckende Nachfrage ist somit zu erwarten und die Gasinfrastruktur ist das elementare Rückgrat für eine bundesweite Wasserstoffversorgung. Da bereits ein Großteil der Energieabnehmer und die Hälfte aller Haushalte in Deutschland über einen Gasanschluss verfügen, sind diese darüber leicht mit Wasserstoff erreichbar – als Beimischung oder in Reinform.

      Forschungsschwerpunkte:

      • Strategie bei der Umstellung bzw. Erweiterung der Erdgasinfrastruktur
      • Modellierung der Transformation von Gasleitungen und der Sektorenkopplung von Wärme, Strom und Gas
      • Langstrecken-Transport von reinem Wasserstoff oder in gebundener Form als Ammoniak (NH3), in flüssigen organischen Wasserstoffträgern (LOHC) oder in synthetischem Methan (verflüssigt, LNG, oder gasförmig, SNG)
      • Sicherheitstechnische Bewertung des Netzbetriebs und Aspekte wie zum Beispiel die Odorierung
      • Auswirkungen von Wasserstoff auf Gasnetze und -speicher sowie Wasserstofftoleranz von Komponenten, Bauteilen und Hilfsstoffen
      • Untersuchung von Mischungs- und Verdrängungsvorgängen, einschließlich der Desorption von Erd- und Stadtgas sowie sonstigen Begleitstoffen aus den Netzmaterialien
      Wo und wie kann Wasserstoff direkt zum Klimaschutz beitragen?

      Wasserstoff-Anwendungen

      Wasserstoff ist ein Alleskönner und kann flexibel in allen Sektoren eingesetzt werden. In der Industrie können Prozesse, die zum Beispiel bislang Kohle nutzen, auf Wasserstoff umgestellt werden. Im Verkehr kann das Gas Brennstoffzellenfahrzeuge antreiben oder zur Herstellung von synthetischen Kraftstoffen verwendet werden. Und im Gebäudesektor kann es direkt zum Heizen genutzt werden. Aber es besteht noch Forschungsbedarf dazu, wieviel Wasserstoff die Geräte und Technologien tolerieren und wie das Gas am besten eingesetzt werden kann.

        Wasserstoff kann in allen Sektoren eingesetzt werden (Industrie, Wärme, Verkehr), aber im Wärmesektor sind de Eintrittsbarrieren am niedrigsten.
        Der Alleskönner Wasserstoff - in allen Sektoren einsetzbar © DVGW/Froeniter Economics

        Forschungsschwerpunkte

        • Verbrennungsverhalten von Wasserstoff und Gemischen mit Methan
        • technische Aspekte und Sicherheitsfragen bei Brennwertgeräten wie zum Beispiel die Flammenüberwachung oder die Brennerentwicklung
        • Mobilitätskonzepte und -infrastruktur mit Wasserstoff sowohl für Verbrenner- als auch Brennstoffzellenantriebe ebenso wie die Wasserstoff-Kompatibilität von Gastankstellen
        • Wasserstoff-Toleranz von Gasanwendungen in den Sektoren Energie, Industrie, Haus und Gewerbe
        • Stoffliche Nutzung von Wasserstoff und die Herstellung von synthetischen Brennstoffen (PtX)
        Wie sieht das zukünftige Energiesystem mit Wasserstoff aus?

        Systemische Fragen

        Im Stromsektor hat Deutschland mit über 40 Prozent Anteil an erneuerbaren Energiequellen bereits viel erreicht. Aktuell ist aber nur ein Fünftel der in Deutschland genutzten Energie elektrisch. Rund 80 Prozent werden aus festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen gewonnen; sie sind sozusagen "molekular". Um die Energiewende erfolgreich umzusetzen, sind klimaneutrale Gase und die Gasinfrastruktur als essentieller Bestandteil des deutschen Energiesystems unausweichlich.

        Für ein integriertes Energiesystem bedeutet das, dass Gas zunehmend klimaneutral sein muss und perspektivisch ganz ohne schädliche Emissionen auskommen muss. Dies geht nur mit synthetischen Gasen auf Basis erneuerbarer Energien oder Erdgas. Besonders vielversprechend ist dabei Wasserstoff. Wie genau dieser den Weg hin in eine klimaneutrale zukunft mitgestalten kann, ist Teil der Forschung im DVGW-Innovationsprogramm Wasserstoff.

        Die Forschungsschwerpunkte liegen hierbei auf folgenden Aspekten:

        • systemische Sektorenanalyse
        • Versorgung Deutschlands mit klimafreundlichen Gasen im Hinblick auf die inländische Produktion und den Import
        • regulatorische Fragestellungen zu erneuerbaren Gasen und deren Integration ins Energiesystem
        • Gesamtsystembetrachtungen einschließlich rechtlicher und ökonomischer Aspekte einer Wasserstoff-Wirtschaft

        Beteiligte DVGW-Forschungsinstitute

        Das EBI ist eine gemeinsame Institution des DVGW und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT)

        Das DBI-GUT ist ein anerkannte nationale und internationale Forschungsstelle für das Gasfach

        Das DBI-GTI versteht sich als ein Bindeglied zwischen dem DVGW und der universitären Forschungslandschaft

        Das GWI ist ein praxisorientiertes Forschungs- und Dienstleistungsinstitut des deutschen Gasfaches.

        https://youtu.be/gx4GxRWwGbE