Die Speicherung von Wasserstoff in Salzkavernen könnte helfen, eine Herausforderung zu lösen, wenn die Produktion ansteigt

Die Anpassung einer bereits genutzten Praxis mit Erdgas könnte sicherer und nachhaltiger sein als die Verwendung kleiner Tanks, sagt der Forscher.

25. April 2023 Von Geoff McMaster

Hassan Dehghanpour (links) und sein Team untersuchen die Möglichkeit, Tausende Tonnen Wasserstoff in unterirdischen Salzkavernen zu speichern, um den Bedarf an mehr Speicherkapazität zu decken, da die Wasserstoffproduktion in Alberta zunimmt. (Foto: Mitgeliefert)

Um die Produktion von Wasserstoff zu steigern – ein Hauptziel der Wasserstoff-Roadmap von Alberta – benötigt die Provinz einen Ort, an dem große Mengen des Kraftstoffs gelagert werden können.

Der Erdöltechnikforscher Hassan Dehghanpour sagt, er könnte eine Lösung haben: riesige unterirdische Salzkavernen, die jeweils mehr als 2.000 Tonnen des komprimierten Gases fassen können.

Dehghanpour und sein Team haben 500.000 US-Dollar vom Hydrogen Centre of Excellence von Alberta Innovates erhalten, um die Möglichkeit zu prüfen, sowie mindestens weitere 500.000 US-Dollar von Industriepartnern, dem Natural Sciences and Engineering Research Council und dem Mitacs Accelerate Grants Program.

„Soweit ich weiß, werden wir das erste Labor in Kanada sein, das Salzgestein für die Wasserstoffspeicherung testet“, sagt Dehghanpour. Wenn im Labor alles gut läuft, werde man in ein paar Jahren mit Feldversuchen beginnen, die Speicherkavernen könnten in etwa fünf Jahren in Betrieb gehen, fügt er hinzu.

Laut der Hydrogen Roadmap wird der weltweite Markt für Wasserstoff bis 2050 schätzungsweise mehr als 2,5 Billionen US-Dollar pro Jahr wert sein, insbesondere in Nordamerika, im asiatisch-pazifischen Raum und in Europa.

Alberta strebt danach, eine führende Kraftstoffquelle für lokale Märkte und andere Teile der Welt zu werden, die eine Dekarbonisierung anstreben, und gleichzeitig seinen eigenen CO2-Fußabdruck zu reduzieren. Die Provinz ist bereits Kanadas größter Wasserstoffproduzent, da dieser seit Jahrzehnten zur Aufbereitung von Bitumen zu synthetischem Rohöl verwendet wird.

In den letzten 50 Jahren wurden in Alberta bereits mehr als 100 Salzkavernen zur Speicherung von Erdgas und anderen Kohlenwasserstoffen genutzt, doch Wasserstoff stellt einzigartige Herausforderungen dar, sagt Dehghanpour. Seine Moleküle sind kleiner – das kleinste aller Elemente – wodurch es möglicherweise besser in die Höhlenwände eindringen kann und das Gas explosiver ist.

Nachdem Dehghanpour jahrelang in der hydraulischen Fracking-Branche gearbeitet hat, sind er und seine Industriepartner zuversichtlich, dass Erdgaskavernen für Wasserstoff umgenutzt werden können. Mit dem Übergang zur großtechnischen Wasserstoffproduktion wird eine ausreichende Speicherkapazität von entscheidender Bedeutung sein, um sich gegen Angebots- und Nachfrageschwankungen abzusichern.

„Wenn wir künftig Ökostrom aus Wind- und Solarenergie auf Wasserstoff umstellen, werden wir im Sommer wahrscheinlich nicht so viel für die Beheizung von Wohngebäuden benötigen – der Überschuss muss irgendwohin.“

Die erste Herausforderung besteht darin, die richtige Größe, Form und Tiefe für optimale Kavernen zu bestimmen, von denen einige bis zu zwei Kilometer tief, bis zu 60 Meter im Durchmesser und bis zu 80 Meter hoch sind. All dies beeinflusst die Spannung und den Porendruck des umgebenden Gesteins.

„Wir müssen sicherstellen, dass der Wasserstoff nicht durch die Kavernenwände austritt, wo er mit Sole und anderen Mineralien reagieren könnte“, sagt Dehghanpour, was möglicherweise zu einer Kontamination führen könnte.

Sein Team wird zunächst Kernproben in seinem Labor testen und dort Bedingungen simulieren, die einer Salzhöhle ähneln.

„Wir müssen die Probleme kennen, dann können wir Lösungen finden. Wenn wir beispielsweise die Leckagerate im Gestein kennen, können wir den Injektionsdruck und die Entnahmerate steuern, um diese zu minimieren.“

Dehghanpour wird eng mit den Industriepartnern Keyera und Cenovus Energy sowie mit Sanjel zusammenarbeiten, einem Ölbohrlochzementierungsunternehmen, das Additive für eine dichtere Abdichtung rund um das Bohrloch der Kaverne einsetzt – „ein entscheidender Teil des Designs“, sagt er. Die Partner werden das Projekt sowohl direkt als auch in Form von Sachleistungen finanzieren, einschließlich Daten, Kernproben und Zugang zu bestehenden Kavernen.

Dehghanpour schätzt die anfänglichen Kosten jeder Salzkaverne auf etwa 20 Millionen US-Dollar, mit minimalen Kosten, sobald sie in Betrieb sind.

„Derzeit verfügen wir nur über kleine Oberflächenlagertanks, die von Raffinerien für ihre eigenen Zwecke genutzt werden“, sagt er.

„Im Vergleich dazu sind Salzkavernen riesig und bei ordnungsgemäßem Betrieb sicherer. Wenn etwas passiert, befindet es sich unter der Erde und hat weniger Sauerstoff, was die Entflammbarkeit beeinträchtigt. Daher glaube ich, dass es die beste Lösung für die Wasserstoffspeicherung im großen Maßstab ist.“

Mehr als ein Dutzend Forscher der University of Alberta nehmen diese Woche an der Canadian Hydrogen Convention in Edmonton teil und stellen ihre Arbeit zu allen Themen vor, von der Frage, wie Wasserstoff zur Dekarbonisierung von Stromnetzen beitragen kann, bis hin zur Frage, wie er Stadtbusse und schwere Lastkraftwagen antreiben kann. Während der gesamten Tagung werden Forscher ihre Innovationen auch am Stand der U of A vorführen.