Die langfristige Speicherung von Wasserstoff ist unerlässlich, um die Variabilität von Strom aus erneuerbaren Energien auszugleichen und ein kohlenstoffarmes Energiesystem zu ermöglichen. Das deutsche Projekt untersucht ein breites Spektrum von Speicherkonzepten, von geologischen Formationen bis hin zu chemischen Trägern, und bewertet deren technische Leistungsfähigkeit, wirtschaftliche Machbarkeit und Umweltauswirkungen.
Die geologische Speicherung in Salzkavernen ist die am weitesten entwickelte Option. Bestehende Erdgaskavernen können umgewidmet werden, um bis zu 1,7 TWh Wasserstoff zu speichern, was einem Volumen von 550 Millionen m³ entspricht. Der Umbau einer repräsentativen Kaverne kostet schätzungsweise zwischen 28 Mio. € und 58 Mio. €, während die Investitionskosten pro Kilogramm Wasserstoff zwischen 1,8 € und 18 € liegen, je nachdem, ob nur das Spülgas ausgetauscht wird oder die komplette Standortvorbereitung einbezogen wird. Salzkavernen ermöglichen eine schnelle Injektion und Entnahme, aber ihre Leistung wird durch die Notwendigkeit eines hohen Drucks und das Risiko des Austretens von Sole begrenzt. Poröse Lagerstätten, wie z.B. erschöpfte Gas- oder Ölfelder, bieten ein geografisch verteilteres Potenzial. Sie können eine ähnliche Menge von 1,7 TWh Wasserstoff speichern, aber die Freisetzungsrate ist langsam und erlaubt nur ein oder zwei Lade-/Entladezyklen pro Jahr. Durch mikrobielle Aktivität kann Wasserstoff in Methan oder Schwefelwasserstoff umgewandelt werden, und geochemische Reaktionen mit Karbonat- oder Sulfatmineralien können zu Porenverstopfungen führen. Die Kapitalkosten für diese Anlagen sind mit Salzkavernen vergleichbar und liegen zwischen 1,8 und 18 € pro Kilogramm Wasserstoff, doch der Mangel an Betriebserfahrung schafft eine erhebliche Forschungslücke.
Chemische Träger bieten alternative Möglichkeiten der Speicherung. Ammoniak, das nach dem Haber-Bosch-Verfahren mit Hilfe von erneuerbarem Wasserstoff hergestellt wird, kann in großen kryogenen Tanks mit einer Kapazität von 55 kt pro Einheit gespeichert werden, was etwa 10 kt Wasserstoff oder 0,3 TWh entspricht. Die Kapitalkosten liegen bei etwa 6,5 € pro Kilogramm Wasserstoff, und der Boil-Off-Anteil ist mit 0,1 % pro Tag bescheiden. Die hohe volumetrische Wasserstoffdichte von Ammoniak (≈108-123 kg H₂ m-³) und der niedrige Temperaturbedarf (-33 °C) machen es für den Langstreckentransport attraktiv, obwohl bei seiner Verbrennung Stickoxide freigesetzt werden und es giftig für Wasserlebewesen ist. Methanol bietet ein anderes Gleichgewicht: Es kann bei Umgebungsdruck und einer Temperatur von -33 °C gelagert werden, hat eine gravimetrische Wasserstoffdichte von 17,7 Gew.-% und kann durch katalytische Reformierung wieder in Wasserstoff umgewandelt werden. Die geschlossene Nutzung von Methanol aus abgeschiedenem CO₂ und seine Kompatibilität mit der bestehenden Kraftstoffinfrastruktur machen es zu einem vielversprechenden Kandidaten, doch der katalytische Umwandlungsschritt bleibt energieintensiv.
Andere Träger wie flüssige organische Wasserstoffträger (LOHCs), Fischer-Tropsch-Flüssigkeiten, Methan und Dimethylether befinden sich noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Ihr technischer Reifegrad liegt zwischen 4 und 7, und sie erfordern weitere Forschung zur Haltbarkeit des Katalysators, zur Energieeffizienz und zur Integration mit erneuerbarer Elektrizität.
Das Projekt ist eine Zusammenarbeit zwischen deutschen Forschungsinstituten, Universitäten und Industriepartnern, die im Rahmen eines vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Fünfjahresprogramms (2021-2025) koordiniert wird. Zu den Zielen des Konsortiums gehören der Bau einer Demonstrationsanlage für poröse Speicher, die Integration von Elektrolyseuren mit Ammoniaksyntheseanlagen und die systematische Bewertung der technisch-wirtschaftlichen Kompromisse bei allen Speichermodalitäten. Durch die Kombination von Feldexperimenten, Laborstudien und Prozessmodellierung zielt die Partnerschaft darauf ab, die in der technischen Bewertung identifizierten Wissenslücken zu schließen und einen Fahrplan für den Ausbau der Wasserstoffspeicherinfrastruktur in Deutschland und der Europäischen Union zu erstellen.