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Wie CNG-Antriebe auf H2 reagieren

21.4.2022

CNG-Fahrzeuge müssen eine Wasserstofftoleranz von zwei Volumenprozent aufweisen. Doch was passiert, wenn dem CNG künftig mehr H2 beigemischt wird? Experten des DVGW, dem deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches e. V., wollten es wissen und haben den Einfluss eines höheren Wasserstoffanteils auf die europäische Gasinfrastruktur und nicht zuletzt auch auf die CNG-Antriebe untersucht.

Der Anteil der erneuerbaren Energien muss europaweit deutlich höher werden, um die ambitionierten Ziele der Politiker bezüglich CO2-Reduktionen zu erreichen. Biogas, synthetisches Gas oder auch Wasserstoff (H2) werden dabei eine wichtige Rolle spielen. Das Gasnetz bietet sowohl aus technischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht ideale Voraussetzungen, um klimaneutrale Gase aufzunehmen, zu speichern, zu transportieren und an alle Sektoren von der Industrie übers Gewerbe bis zur Mobilität zu verteilen.

Schon heute kann Biogas und synthetisches Methan problemlos in die bestehende Gasinfrastruktur eingespeist werden. Die Beimischung von Wasserstoff ins bestehende Gasnetz ist dagegen begrenzt. Eine Erhöhung erfordert eine schrittweise Anpassung sowohl der Infrastruktur als auch der Endverbraucher. Insbesondere unterirdische Gasspeicher, Fahrzeuge mit CNG-Antrieb, Gasturbinen, stationäre Gasmotoren und industrielle oder häusliche Gasgeräte müssten angepasst werden.

Heute müssen CNG-Fahrzeuge eine Wasserstofftoleranz von zwei Volumenprozent aufweisen, was durch die H2-Toleranz des Tanksystems und die Treibstoffspezifikationen sichergestellt wird, so dass an keiner Zapfsäule ein höherer H2-Wert ausgegeben wird. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass für große Teile des Gasnetzes eine Beimischung von bis zu zehn Volumenprozent H2 machbar wäre. Nun wollen erste Unternehmen ihre Prozesse mit H2 defossilisieren. Daher könnten mittel- und langfristig Gasqualitäten mit höheren oder schwankenden Wasserstoffanteilen im Transport- und Verteilungsnetz vorhanden sein.

Experten haben nun fünf Übergangsszenarien mit unterschiedlichen H2-Methan-Mischungen analysiert, um einen möglichst kosteneffizienten Transformationspfad zu identifizieren. Dabei zeigte sich bei den Fahrzeugen: Der sogenannte Flexifuel-Betrieb ist für alle Defossilisierungsszenarien prinzipiell machbar. Die zu erwartenden Mehrkosten steigen aber mit maximalem H2-Gehalt und werden im Wesentlichen durch das Tanksystem bestimmt. Die DVGW-Experten erwarten bei einer H2-Beimischung bis 10 Volumenprozent zwar keine nennenswerten Kosten für die Anpassungen, bei Beimischszenarien mit 0 bis 30 beziehungsweise 0 bis 100 Volumenprozent fallen dagegen die größten Mehrkosten an.

Aufgrund eines zu erwartenden Reichweitenverlustes der Fahrzeuge – abhängig vom Druck des Tanksystems (350 oder 700 bar) – in Kombination mit einer geringeren Antriebsleistung sehen die DVGW-Experten übrigens eine Nachrüstung bis zu 100 Volumenprozent H2 als technisch nicht machbar an. Sie empfehlen – wie bei den jetzigen CNG-Fahrzeugen – auf eine Hybridantriebslösung zu setzen.

In der technischen und wirtschaftlichen Machbarkeit sehen die DVGW-Fachleute zwischen den verschiedenen Umwandlungsszenarien keine signifikanten Unterschiede. Sehr wohl aber bei der der Verteilung der Kosten. Höhere Wasserstoffanteile im Netz führen zu einer deutlichen Senkung der Kosten für die Erzeugung von erneuerbarem Gas. Sie verlagern den größten Teil der Folgekosten aber von der Infrastruktur auf die Hersteller von Fahrzeugen und Motoren. Methanisierung und Membrantrennung könnten hier eine wirtschaftliche Alternative zu Fahrzeug- und Tankstellenanpassungen bieten. Klar ist: Es wird zwischen Fahrzeug- und Motorenhersteller genauso wie Infrastruktur- und Gasanbietern noch ausgiebige Gespräche brauchen, um sich auf einen Transformationspfad und dessen Kostenverteilung zu einigen. In Anbetracht des global stetig wachsenden CO2-Fussabdrucks sind dabei schnell umsetzbare Vermeidungsoptionen zu priorisieren.

DVGW-Forschungsprojekt zum Thema "H2 in the gas network and interaction with gas engines".

Quelle: gaz energie / DVGW

 

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