Kompendium Wasserstoff in Gasverteilnetzen

In dem DVGW-Forschungsprojekt „Transformationspfade zur Treibhausgasneutralität der Gasnetze und Gasspeicher nach COP 21“ aus dem Jahr 2018 wurden folgende Fragestellungen untersucht:

• Können die Gasnetze und Gasspeicher zur Treibhausgasneutralität beitragen?
• Welcher der beiden Technologiepfade ist unter Einbezug der Gasnetze und Gasspeicher kostengünstiger umzusetzen: Die Einspeisung von grünem, aus Erneuerbaren Energien mittels Power-to-Gas hergestellter Wasserstoff (EE-PtG-H₂) oder die anschließende Methanisierung (EE-PtG-CH₄)?

Die Ergebnisse der Studie waren eindeutig. Die Treibhausgasneutralität der Gasnetze und Gasspeicher zur Unterstützung des 2°C-Ziels des Pariser Klimaabkommens ist machbar, jedoch steht eine Gesamtstrategie der Gasversorgung noch aus. Für Gasnetze und Gasspeicher (ohne Berücksichtigung der Gasverwendung und Erzeugung von EE-PtG-H2) gelingt die Transformation kostenoptimal vorwiegend über die Beimischung von EE-PtG-H₂. Abschließend wurde ermittelt, dass je eher die Transformation begonnen wird, desto geringer werden die Mehrkosten ausfallen.

Aus diesen Ergebnissen wurden unter anderem folgende Handlungsempfehlungen für die Gaswirtschaft formuliert:

• Für die Gaswirtschaft bedeutet dies, zeitnah und proaktiv eine umfassende Strategie in Form einer Strategieroadmap zur Treibhausgasneutralität des Gassystems nach COP 21 zu entwickeln.
• Allen Betreibern von Gasinfrastruktur wird empfohlen, bei Ersatzinvestitionen auf die jeweils modernste Alternative hinsichtlich der H₂-Toleranz zu nahezu Erdgas-äquivalenten Preisen zurückzugreifen. Es sollte eine modulare Erweiterbarkeit für hohe H₂-Konzentrationen vorgesehen werden. Komponentenhersteller sollten sich darauf einstellen.
• Verteilnetzbetreibern wird empfohlen, ihre Netze im Rahmen der geplanten Erneuerung für höhere H₂-Konzentrationen zu ertüchtigen.

Aus den Erkenntnissen des Transformationspfade-Projektes entwickelten E.ON/Avacon Netz und Thüga gemeinsam mit der DBI-Gruppe die Idee zum Wasserstoff-Kompendium im Verteilnetzbereich, um Klarheit bezüglich der Wasserstoffeignung von Komponenten im Gasnetz zu schaffen.

Ein durch die Avacon Netz GmbH geführtes E.ON-Konsortium und ein durch die Thüga AG geführtes Thüga-Konsortium möchten perspektivisch die betriebenen Gasverteilnetze für einen höheren Wasserstoffanteil ertüchtigen und daher feststellen, welche Maßnahmen für welche Komponenten erforderlich sind.

Zu diesem Zwecke wurde die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH beauftragt ein Kompendium, also ein Nachschlagewerk, zu erstellen. Der Umfang erstreckt sich über den aktuellen Wissensstand zur Kompatibilität der von den Verteilnetzbetreibern betriebenen und nachgelagerten Assets sowie ausgewählter Systemaspekte. Betrachtet wurden sowohl Erdgas-Wasserstoff-Gemischen als auch reiner Wasserstoff. Das Projekt war in zwei Projektteile untergliedert.

Projektteil A hatte zum Ziel das bestehende Wissen zu Wasserstoff in Gasverteilnetzen zusammenzutragen und in Form von Technologie-Steckbriefen aufzubereiten. Unterschieden wurde dabei zwischen der Wasserstoffeignung des Materials, der Funktionsweise und des Regelwerkes. Über die Steckbriefe hinaus soll eine Übersichtsgrafik zur Wasserstoffkompatibilität für die oben genannten Komponenten des Gasnetzes erstellt werden. Neben dem Fachgebiet „Gasnetze & Gasanlagen“ wirkten ebenfalls die Fachgebiete „Gaschemie & Gasaufbereitung“ und „Gasanwendung“ mit.

Im Projektteil B des Gesamtprojekts wurden über eine eigens erstellte Online-Umfrage die Erfahrungen und Informationen von Komponenten-Herstellern für spezifische, von den beiden Konsortien ausgewählte Produkte abgefragt und zusammengetragen. Diese wurden in Produkt-Steckbriefen umgesetzt, die sich in der Gestalt stark an dem Format der Komponenten-Steckbriefe anlehnt. Zur äußeren Abgrenzung zwischen Komponenten- und Produkt-Steckbrief wurde die Hauptfarbgebung von grün auf grau geändert.

Neben dem guten Teilerfolg aus „H2-Kompendium VNB“ bezüglich der hohen Rücklaufquote (ca. 50 %) zeigten sich Ansatzpunkte für die „Folgeaktivität Produkt-SB“. Zudem wurde das Konsortium für neue Projektpartner geöffnet, so dass sich zwölf Verteilnetzbetreiber bzw. Verbände entschlossen haben, am H2-Kompendium VNB zu partizipieren.

Inhaltlich wurde der Schwerpunkt auf die Nachbereitung und Weiterentwicklung der Produkt-Steckbriefe gelegt. Zum einem wurden in einem geordneten Dialogprozess mit den Herstellern in Bezug auf die bestehenden 65 Produkt-Steckbriefe:

• alle inhaltlichen Inkonsistenzen bereinigt,
• die durch die Hersteller übergebene technische Dokumentation gesichtet,
• die Steckbriefe aktualisiert und anschließend von den Herstellern freigegeben und
• schließlich eine Konformitätsbewertung zur Verwendung von Gasgeräten mit Wasserstoff avisiert.

Zum anderen waren die ca. 55 unbeantworteten Produkt-Anfragen aus den Bereichen Gasverteilnetz sowie Hausanschluss und -installation nachzuverfolgen, mit dem Ziel den Online-Fragebogen auszufüllen sowie eine Konformitätsbewertung ausgestellt zu bekommen. Gleiches galt für die bis zu drei zusätzlichen, von den neuen Projektpartnern ausgewählten Produkten.

Weiterhin fand für den besseren Wissens- und Erfahrungsaustausch sowie zur Identifizierung von Hürden zwischen Herstellern und Verteilnetzbetreibern ein Workshop statt. Bilaterale Gespräche mit den Herstellern sind noch bis September 2020 vorgesehen.

Aus den gemeinsamen Gesprächen mit den Verteilnetzbetreibern und den Herstellern konnten weitere Forschungs- und Handlungsbedarfe abgeleitet werden. Ausgewählte Folgeaktivitäten wurden im Rahmen des Projektes im Juli 2020 begonnen. Dabei werden nachstehende Themen und Forschungsfragen bearbeitet:

Wasserstoffverträglichkeit metallischer Werkstoffe in der Gasversorgung (in einem Gemeinschaftsprojekt mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM):

• Welche metallischen Werkstoffe werden in der öffentlichen Gasversorgung unter welchen Beanspruchungen eingesetzt?
• Welche wasserstoffbedingten Schädigungsformen sind bekannt? Welche sind unter den Betriebsbedingungen der öffentlichen Gasversorgung relevant? Welche Einflussfaktoren werden identifiziert?
• Gibt es Möglichkeiten zur Einschätzung der Wasserstoff-Eignung von ausgewählten metallischen Werkstoffen anhand von bekannten Werkstoff-Kennwerten (Streckgrenze, Härte, chemische Zusammensetzung etc.), ohne zusätzliche Versuche durchführen zu müssen?
• Inwiefern können die in den technischen Regeln EIGA und ASME aufgestellten Richtlinien und Richtwerte zu Dimensionierung und Betrieb von Rohrleitungen und -Infrastrukturen mit reinem Wasserstoff nachvollzogen und erklärt werden?

Dichtigkeit

• Welche Dichtungstypen, bestehend aus Dichtungsarten und Dichtungsmaterialien, sowie Absperrarmaturen sind im Verteilnetzbereich relevant?
• Sind die relevanten Dichtungsarten, mit oder ohne Anpassungen, für den Betrieb mit reinem Wasserstoff geeignet?
• Ist ein Einfluss durch Erdgas-Wasserstoff-Gemische oder durch die Vorbelastung durch Erdgas zu erwarten?
• Inwiefern lassen sich von den ersten DBI-Untersuchungen zur inneren und äußeren Dichtheit mit Absperrarmaturen aus dem Bestand Trends oder Verallgemeinerungen ableiten?
• Welche Prüfungen sind möglich und praktikabel, um die Dichtigkeit nachzuweisen?

Odorierung:

• Gibt es geeignete Odoriermittel für Wasserstoff?
• Sind die vorhandenen Odorieranlagen für eine Umwidmung für Wasserstoff geeignet?

Haben Sie Interesse das „H2-Kompendium VNB“ zu erwerben und sich aktiv an dem Projekt zu beteiligen? Sprechen Sie uns an.

• Transformationspfade: https://www.dvgw.de/themen/forschung-und-innovation/forschungsprojekte/dvgw-forschungsbericht-g-201624/