Zu den Lebensadern in unserem Land gehört neben Straßen, Schienen und Brücken auch das Leitungsnetz der Energie- und Wasserversorgung. Dieses und die dazugehörige Kraftwerks- und Importinfrastruktur auszubauen und mit Blick auf die Herausforderungen im Kontext einer bezahlbaren Versorgungssicherheit in Zeiten des Klimawandels zu ertüchtigen, werde eine zentrale Aufgabe und Verpflichtung einer neuen Bundesregierung sein, sagt Prof. Dr. Gerald Linke. Der DVGW-Vorstandsvorsitzende des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfachs (DVGW) hebt damit auf das Sondervermögen Infrastruktur im Umfang von 500 Mio. Euro ab, das der Bundestag Mitte März beschlossen hat. Für die nächsten Jahre müsse die Priorität bei der notwendigen Transformation des Energiesystems klar gesetzt werden. Die oberste Maxime lautet: Orientierung an Kriterien wie Bezahlbarkeit, Umsetzbarkeit sowie Stabilität bzw. Verlässlichkeit. Allzu lange sind laut Linke die Grundregeln dieses energiewirtschaftlichen Dreiecks ignoriert worden.

„Der Kurs zu mehr Klimaschutz durch nachhaltige Energieträger wie Wasserstoff kann nur durchgehalten werden, wenn er auch ökonomisch vertretbar ist. Dabei darf nicht disruptiv agiert werden“, macht der DVGW-Chef deutlich.

Beim DVGW geht man fest davon aus, dass Moleküle, und damit stoffliche Energieträger wie Erdgas gegenüber Elektronen im Strom, weiterhin eine dominante Rolle in einer neuen Energiewelt spielen werden. Diese decken heute als das Rückgrat der Energieversorgung rund 80 % des Energiebedarfs hierzulande ab. Vom gesamten inländischen Primärenergieverbrauch im Jahr 2023 von insgesamt knapp 3.000 TWh entfiel rund ein Viertel (738 TWh) auf Erdgas.

„Im Zuge der Energiewende werden sich die Anteile von Molekülen und Elektronen in der Energieversorgung annähern. Der größere Teil der Energieversorgung wird aber weiterhin in Form von Molekülen erfolgen“, erklärt Linke.

Deshalb wird der Plan von Union und SPD, den Bau von neuen Gaskraftwerken in einem deutlich höheren Umfang als ursprünglich vorgesehen anzureizen, als gute Entscheidung gewertet. Auch die Absicht, Technologien wie die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (CCS) in den Blick zu nehmen, stößt auf Wohlwollen beim DVGW.

„Deutschland darf im internationalen Wettbewerb um die besten und innovativsten Ideen keine Zeit mehr verlieren, weil sachfremde Hemmnisse und ideologiebehaftete Debatten den Grundsatz der Technologieoffenheit blockieren“, betont Linke.

DVGW-Chef Gerald Linke

Wasserstoff, seine Derivate und Biomethan sind nach der Einschätzung des DVGW essenzielle Bausteine der Energiewende. Erdgas kommt insofern eine Schlüsselrolle zu, denn über diese Brücke lässt sich die Transition in eine Wasserstoffwirtschaft gestalten. Bei der Infrastruktur ist das Wasserstoffkernnetz ein wichtiger erster Schritt. Laut dem DVGW muss jedoch jetzt die Verteilnetzplanung in den Fokus rücken. Schließlich können nur durch diese Infrastrukturmaßnahme die rund 2 Mio. Industrie- und Gewerbebetriebe, etwa die Hälfte der Gaskraftwerke und ein wesentlicher Anteil der knapp 20 Mio. Haushalte künftig mit Wasserstoff versorgt werden. Die Kosten für die Umstellung des heutigen Erdgasverteilnetzes sind nach Berechnungen des DVGW mit etwa 5 Mrd. Euro bis 2045 vergleichsweise gering. Dies liegt dem DVGW zufolge vor allem daran, dass rund 97 % der bestehenden Leitungen heute schon H2-ready sind.

Technische Regeln für das Wasserstoff-Kernnetz

Zu den Gastransportleitungen gehören neben der Rohrleitung selbst auch zahlreiche Komponenten und Einrichtungen, die zum Betrieb erforderlich sind. Dazu zählen u. a. Verdichteranlagen, Gasmessanlagen, Druckregelanlagen und Armaturen.

„Da der Betrieb mit Wasserstoff einen Einfluss auf die Restlebensdauer der Rohrleitung haben kann, ist zunächst die Eignung der Leitung für eine Umstellung mit den angestrebten Betriebsparametern zu bewerten und nachzuweisen“, sagt Andreas Schrader.

Laut dem Leiter Gasinfrastruktur beim DVGW muss diese Bewertung für jede Leitung individuell erfolgen, da Gastransportleitungen teilweise seit vielen Jahrzehnten betrieben werden und Werkstoffe, Fertigungsverfahren sowie die Anforderungen an die Prüfungen und die Dokumentation ständig weiterentwickelt wurden. Der DVGW hat gemeinsam mit anerkannten Forschungsinstituten und Sachverständigen umfangreiche Untersuchungen zur Eignung aller eingesetzten Werkstoffe und zur Validierung der Nutzbarkeit international verwendeten Bewertungsverfahren durchgeführt. Bei der bruchmechanischen Bewertung bildet neben dem Sicherheitskonzept das DVGW-Forschungsprojekt G 202006 „H2-Tauglichkeit von Stählen – SyWeSt H2“ die Basis. Hier wurden umfangreiche bruchmechanische Werkstoffuntersuchungen von allen typischen, in Deutschland verwendeten Leitungsstählen unter dem Medium Wasserstoff bis zu 100 bar Prüfdruck durchgeführt.

„Die Prüfergebnisse zeigen, dass die verwendeten Stähle grundsätzlich für Wasserstoff entsprechend dem DVGW-Arbeitsblatt G 260 tauglich sind“, berichtet Schrader.

Bei der Bewertung typischer Gashochdruckleitungen mit vorwiegend ruhender Beanspruchung nach dem DVGW-Arbeitsblatt G 464 ergebe sich hier in der Regel eine ausreichend lange Betriebsdauer.

DVGW-Leiter Gasinfrastruktur Andreas Schrader

Das DVGW-Forschungsprojekt „H2-Tauglichkeit von Stählen“ hat dem Leiter Gasinfrastruktur zufolge gezeigt, dass viele der eingesetzten Werkstoffe unter typischen Betriebsbedingungen geeignet sind, sodass die Rohrleitungen in der Regel mit den gleichen Betriebsdrücken und ohne wesentliche Einschränkungen der Transportkapazitäten mit Wasserstoff betrieben werden können. Nach Angaben des Verbandes der Fernleitungsnetzbetreiber und der Bundesnetzagentur basiert das Wasserstoff-Kernnetz zu etwa 60 % auf bereits bestehenden Leitungen und zu rund 40 % aus neu zu errichtenden Leitungen. Die voraussichtlichen Kosten für das Kernnetz veranschlagen die Fernleitungsnetzbetreiber auf rund 18,9 Mrd. Euro. Nach Einschätzung des DVGW belaufen sich dabei die Kosten zur Umstellung einer bestehenden Leitung im Vergleich zu einem Neubau auf etwa ein Fünftel.

Ersatz von Verdichtereinheiten und Messgeräten

Wenn die Eignung der Rohrleitung für eine Umstellung auf Wasserstoff nachgewiesen ist und die Rohrleitung umgestellt werden soll, müssen die Verdichtereinheiten und Messgeräte für die Gasbeschaffenheit und die Mengenermittlung durch neue Geräte ersetzt werden, die speziell für Wasserstoff ausgelegt sind. Zudem benötigen die Einrichtungen zur Gasmessungen im geschäftlichen Verkehr eine behördliche Zulassung für Wasserstoff.

Ebenfalls umgerüstet werden müssen Einrichtungen in Gasanlagen, die für den Explosionsschutz relevant sind. „Inwieweit weitere Umrüstungen, etwa von Armaturen erforderlich sind, ist im Einzelfall zu bewerten“, erläutert Schrader. Die diesbezüglichen Anforderungen sind ebenfalls im DVGW-Regelwerk beschrieben. Eine schnelle und komfortable Überprüfung der H2-Readiness von im Gasnetz verwendeten Produkten, Komponenten und Materialien ermöglicht die DVGW-Datenbank VerifHy. Per Knopfdruck lassen sich dort zuverlässige Informationen zur H2-Readiness abrufen. Und wie lange dauert ein entsprechender Umstellungsprozess?

„Die Umstellung einer Gastransportleitung auf Wasserstoff läuft in mehreren Prozessen ab. Die genaue Dauer kann je nach spezifischen Bedingungen, Zustand und dem Umfang des Projektes variieren“, sagt Experte Schrader.

Während beim Neubau einer Wasserstoffleitung mit etwa fünf bis acht Jahren zu rechnen ist, könne bei Umstellungen vorhandener Gashochdruckleitungen von ein bis drei Jahren ausgegangen werden. In Bezug auf die Genehmigungspraxis und die entsprechende Anwendung der Gashochdruckleitungsverordnung (GasHDrLtgV) berichtet der DVGW-Experte von bislang gemachten positiven Erfahrungen. Neben einer Vielzahl von technischen Angaben in Bezug auf die umzustellende Leitung, muss der Betreiber angeben, welche Sicherheitseinrichtungen vorgesehen sind und wie der sichere Betrieb dieser Wasserstoffleitung gewährleistet wird. Hierzu haben die Länder Arbeitshilfen veröffentlicht, wie die Umstellung von Erdgas auf Wasserstoff anzuzeigen ist und der Prozess unterstützt wird. Bestandteil dieser Anzeige ist zudem eine gutachterliche Stellungnahme eines unabhängigen Sachverständigen. Sofern alle Unterlagen vollständig eingereicht wurden, prüft die Energieaufsichtsbehörde diese und gewährt dem Netzbetreiber über einen so genannten Nichtbeanstandungsbescheid die Inbetriebnahme.

Und auch beim Betrieb von Wasserstoffleitungen scheinen die Herausforderungen überschaubar zu sein. Anforderungen an den Betrieb einer Leitung mit Wasserstoff finden sich im DVGW-Arbeitsblatt G 466-1. So muss beispielsweise im Rahmen der Streckenkontrolle die Gerätetechnik für den Einsatz mit Wasserstoff anwendbar sein.
Für die Bewertung der Wasserstofftauglichkeit ist der Verlauf des Betriebsdrucks aufzuzeichnen und entsprechend DVGW-Arbeitsblatt G 409 für die Verifizierung der ursprünglichen bruchmechanischen Bewertung als Grundlage zu verwenden.
Bei Leitungen, die ursprünglich für den Transport von Erdgas errichtet und mit reinem Erdgas betrieben wurden, ist nach einer Umstellung auf Wasserstoff gemäß DVGW-Merkblatt G 409 die betriebliche Überwachung (Inspektion) für einen bestimmten Zeitraum zu intensivieren.

Diese Informationen gelten für Transportleitungen über 16 bar wie die des Wasserstoffkernnetzes. Bei der Umrüstung des Verteilnetzes gelten aufgrund anderer Drücke und Werkstoffauslastungen andere Anforderungen. Auch hier hatte der DVGW bereits Technische Regeln erstellt. Sie werden derzeit im Hinblick auf Vereinfachungen, die der DVGW z. B. in seinem Forschungsprojekt BAG464 herausgearbeitet hat, aktualisiert.

Wichtige Bedeutung von Speichern

Ein weiterer integraler Bestandteil der Gasinfrastruktur sind Speicher. Allein mit den deutschen Speichermengen kann ein Viertel des jährlichen Gasbedarfs Deutschlands gedeckt werden. Aufgrund des zunehmenden Anteils volatiler erneuerbaren Energien an der Stromversorgung wird die Bedeutung von Gasspeichern künftig weiter steigen. Ein Großteil der bestehenden Kapazitäten kann dem DVGW zufolge auf Wasserstoff umgerüstet werden. Die technischen Voraussetzungen und Normen für die Untertagespeicherung von Gas werden aktuell an den Bedarf für Wasserstoff angepasst.

Allerdings mahnt der DVGW an, dass die bestehenden Speichermöglichkeiten auch aufgrund der im Vergleich zu Erdgas geringeren Energiedichte des Wasserstoffs nicht ausreichen, um die Flexibilitätsvorteile effektiv nutzen zu können. Nach einer Analyse von Artelys und Frontier Economics liegt unter der Prämisse der Kostenreduzierung bei einer Systemintegration von Strom- und Wasserstoffversorgung die optimale Speicherkapazität bei 45 TWh bis 2030 und 270 TWh bis 2050. Die bis Ende 2023 angekündigten Projekte liefern jedoch nur eine Kapazität von 9 TWh bis 2030. Zur Deckung des Bedarfs sind deshalb nach Ansicht des DVGW Investitionen in alternative Technologien für die Untertagespeicherung von Wasserstoff und die leitungsgebundene Vernetzung von Ländern erforderlich.

(Autoren: Prof. Dr. Gerald Linke, Vorstandsvorsitzender DVGW e.V., Bonn und Andreas Schrader, Leiter Gasinfrastruktur, DVGW e.V., Bonn)

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