Direkte und indirekte Wasserstoffspeicherung: Dynamik und Wechselwirkungen im Übergang zu einem erneuerbaren Energiesystem in Europa

Core Concepts

Während des grünen Übergangs in Europa wird der grenzüberschreitende Stromfluss eine wichtige Rolle bei der raschen Dekarbonisierungsphase vor der großflächigen Einführung von Energiespeichern spielen. Indirekte Wasserstoffspeicherung erweist sich aufgrund der besseren wirtschaftlichen Leistung und des aktiv schwankenden Musters als häufige Lösung.

Abstract

Die Studie untersucht die komplexen Wechselwirkungen im Energiesystem durch die Linse der Wasserstoffspeicherung, die in "direkt" und "indirekt" unterteilt wird. Direkte Wasserstoffspeicherung umfasst die Speicherung von durch Elektrolyse erzeugtem Wasserstoff vor der Verwendung, während indirekte Speicherung Wasserstoff zunächst über den Sabatier-Prozess in Gas umwandelt, bevor es für die spätere Energieverteilung genutzt wird. Die Studie zeigt, dass während des grünen Übergangs in Europa der grenzüberschreitende Stromfluss eine wichtige Rolle bei der raschen Dekarbonisierungsphase vor der großflächigen Einführung von Energiespeichern spielen wird. Unter den angenommenen Kostenstrukturen werden Brennstoffzellen nicht als rentable Option betrachtet. Die Forschung identifiziert außerdem den erheblichen Einfluss der natürlichen Ressourcenvariabilität auf den lokalen Energiemix und hebt die indirekte Wasserstoffspeicherung als häufige Lösung hervor, da sie eine bessere wirtschaftliche Leistung und ein aktiv schwankendes Muster aufweist. Insbesondere wird die indirekte Wasserstoffspeicherung mindestens 60% der Vorteile der Wasserstoffspeicherung beitragen, in Italien sogar 100%. Darüber hinaus wird ihr Schwankungsmuster mit der lokalen Energiestruktur variieren, was einen deutlichen Unterschied zum unveränderlichen Muster der direkten Wasserstoffspeicherung und Batteriespeicherung darstellt.

Stats

Die Kapazität der Elektrolyseure, des Sabatier-Prozesses, der Wasserstofftanks und der Untertagespeicherung in Deutschland wird bis 2050 erheblich wachsen. Der Anteil der indirekten Wasserstoffspeicherung an den Gesamtvorteilen der Wasserstoffspeicherung wird in Italien 100% erreichen.

Quotes

"Während des grünen Übergangs in Europa wird der grenzüberschreitende Stromfluss eine wichtige Rolle bei der raschen Dekarbonisierungsphase vor der großflächigen Einführung von Energiespeichern spielen." "Indirekte Wasserstoffspeicherung erweist sich aufgrund der besseren wirtschaftlichen Leistung und des aktiv schwankenden Musters als häufige Lösung." "Insbesondere wird die indirekte Wasserstoffspeicherung mindestens 60% der Vorteile der Wasserstoffspeicherung beitragen, in Italien sogar 100%."

Key Insights Distilled From

Direct and Indirect Hydrogen Storage

by Zhiyuan Xie,... at arxiv.org 03-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.15072.pdf

Deeper Inquiries

Wie könnte eine stärkere Kopplung des Stromnetzes mit anderen Sektoren wie Wärme und Verkehr die Rolle der Wasserstoffspeicherung in der Energiewende beeinflussen?

Eine stärkere Kopplung des Stromnetzes mit anderen Sektoren wie Wärme und Verkehr könnte die Rolle der Wasserstoffspeicherung in der Energiewende erheblich beeinflussen. Durch die Integration von Wasserstoffspeichern in das Energiesystem können Überschussenergien aus erneuerbaren Quellen gespeichert und bei Bedarf wieder abgerufen werden. Wenn das Stromnetz mit dem Wärme- und Verkehrssektor gekoppelt wird, kann der gespeicherte Wasserstoff als vielseitiger Energieträger dienen. Zum Beispiel könnte Wasserstoff zur Wärmeversorgung in Gebäuden oder als Treibstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet werden. Diese Flexibilität und Vielseitigkeit des Wasserstoffs als Energiespeicher könnten dazu beitragen, die Integration von erneuerbaren Energien zu optimieren und die Gesamteffizienz des Energiesystems zu steigern.

Welche Auswirkungen hätten technologische Durchbrüche bei Brennstoffzellen auf die Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz der direkten Wasserstoffspeicherung?

Technologische Durchbrüche bei Brennstoffzellen könnten erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz der direkten Wasserstoffspeicherung haben. Wenn Brennstoffzellen effizienter, kostengünstiger und langlebiger werden, könnte dies die Effizienz der direkten Wasserstoffspeicherung verbessern. Eine höhere Effizienz bedeutet, dass mehr Energie aus dem gespeicherten Wasserstoff gewonnen werden kann, was die Wirtschaftlichkeit des Systems steigert. Darüber hinaus könnten technologische Fortschritte dazu beitragen, die Akzeptanz der direkten Wasserstoffspeicherung zu erhöhen, da zuverlässigere und leistungsfähigere Brennstoffzellen die Zuverlässigkeit des gesamten Systems verbessern würden.

Inwiefern könnte die Entwicklung von Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -nutzung die Attraktivität der indirekten Wasserstoffspeicherung beeinflussen?

Die Entwicklung von Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -nutzung könnte die Attraktivität der indirekten Wasserstoffspeicherung erheblich beeinflussen. Indirekte Wasserstoffspeicherung beinhaltet die Umwandlung von Wasserstoff in Gas über den Sabatier-Prozess, der Kohlendioxid als Nebenprodukt erzeugt. Durch die Integration von Kohlenstoffabscheidungs- und -nutzungstechnologien könnte das bei der Wasserstoffproduktion entstehende Kohlendioxid abgeschieden und entweder gespeichert oder in nützliche Produkte umgewandelt werden. Dies würde dazu beitragen, die Umweltauswirkungen der Wasserstoffproduktion zu reduzieren und die Nachhaltigkeit des gesamten Prozesses zu verbessern. Die Möglichkeit, Kohlendioxid zu nutzen und gleichzeitig Wasserstoff zu speichern, könnte die Attraktivität der indirekten Wasserstoffspeicherung als umweltfreundliche und nachhaltige Energiespeicherlösung erhöhen.