(Berlin / Deutschland) – In unterirdischen Wasserstoffspeichern könnten künftig Glasfaserkabel eingesetzt werden, um frühzeitig auf mögliche Leckagen hinzuweisen. Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelt dazu gemeinsam mit dem Institut für Angewandte Bauforschung Weimar (IAB) ein Monitoringsystem, das „deutlich früher und genauer als vorhandene Systeme vor möglichen Gefahren warnen kann“, so die Wissenschaftler.
Der Energiekonzern Uniper SE will in den seit 2017 nicht mehr kommerziell genutzten Salzkavernen im norddeutschen Krummhörn, nordwestlich von Emden, die Speicherung von Wasserstoff erproben. Das Vorhaben hatte das Unternehmen 2022 angekündigt. © Uniper SE
Grüner Wasserstoff könne in Zukunft kostengünstig und in große Mengen auch in unterirdischen Kavernen gespeichert werden, die schon seit über 100 Jahren zur Lagerung von Erdgas genutzt würden. Doch sei es notwendig, die geologischen Hohlräume im Salzgestein dauerhaft auf seismische Aktivitäten zu überwachen, um Leckagen, Setzungen an der Oberfläche und im Extremfall induzierte Erdbeben zu vermeiden. Die Salzschichten, in denen sich die Kavernen in bis zu 1.400 Metern Tiefe befänden, umschlössen „das eingelagerte Gas in der Regel sicher und schirmen es gegen äußere Einflüsse und Verunreinigungen ab“. Allerdings seien Salzstöcke keine statischen geologischen Gebilde, so die BAM: „Sie bewegen sich, wenn auch nur minimal.“ Beeinflusst würden die Bewegungen etwa vom Füllstand der Speicher und der Zahl der Druckwechsel bei Entnahme und Befüllung.
Aktuelle Methoden ungenau und zeitaufwändig
Bisher würden die Kavernen nur durch vereinzelt angebrachte echometrische Sonden (Ultraschall-Sensoren) überwacht, welche diese von innen vermessen und so Veränderungen zum vorherigen Zustand registrierten. Aus den Daten würden mit mathematischen Modellen Prognosen zu den künftigen Bewegungen des Salzgesteins abgeleitet.
Die Methode sei „allerdings ungenau und zeitaufwändig“. Zudem seien die Sensoren in der Regel jeweils nur in einzelnen Kavernen installiert, sie erfassten daher nicht die seismischen Aktivitäten ganzer Kavernenfelder. Auch messen sie nur an Stichtagen. Daher könnten sie nur bedingt langfristige geologische Trends aufspüren und Gefahren erst relativ spät erkennen.
Der Oldenburger Energieversorger EWE AG hat in Rüdersdorf bei Berlin Stahlrohre bis in 1.000 Meter Tiefe getrieben und zementiert. In einer 500 Kubikmeter fassenden Kaverne testet EWE in einem Salzstock die Ein- und Ausspeicherung von Wasserstoff. © EWE / Litho Niemann, M. Steggemann
Das neue Monitoringsystem basiere als „Multifrequenzband“-Messverfahren „auf faseroptischer akustischer Sensorik“. Dabei würden Lichtsignale durch Glasfaserkabel geleitet. Veränderungen an diesen Signalen ließen sowohl auf Dehnungen des Kabels als auch auf feine Vibrationen schließen, die auf bis zu einen Meter genau lokalisierbar seien, erklären die Forscher: „Seismische Wellen und Setzungseffekte können so rechtzeitig und besser als bisher erkannt werden.“ Damit ließen sich auch permanent und lückenlose Kavernenfelder überwachen, da die kilometerlangen Glasfaserkabel nicht nur tief in den Rohrsystemen der Kaverne, sondern auch erdnah an der Oberfläche verlegt werden.
„Wir wollen die Technologie zur Marktreife entwickeln, damit sie schnell in die Anwendung gelangen und den Aufbau einer sicheren Wasserstoffinfrastruktur in Deutschland unterstützen kann“, so Projektleiter Konstantin Hicke von der BAM. „Sie soll sich sowohl zur Nachrüstung bestehender Kavernen als auch zur Ausstattung neuer Anlagen eignen.“
Industriepartner unterstützen Forscher
Auf Seiten der Industrie entwickele und fertige die Fibotec Fiberoptics GmbH Hardwarekomponenten für die Messsysteme. Auf deren Basis sei DIGOS Potsdam GmbH als Systemintegrator zuständig für die Entwicklung eines anwendungsbereiten Funktionsmusters. Die GESO GmbH & Co. Projekt KG konzipiere ein Verfahren zur Montage und Nachrüstung des Sensorkabelnetzes an bestehenden Kavernenfeldern sowie eine Methode zur geologischen Zustandsbewertung der Anlagen auf Basis der Messergebnisse.
Gefördert wird das Verbundprojekt mit Mitteln in nicht genannter Höhe durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand.
Foto oben
Der niederländische Gasfernleitungsnetzbetreiber Nederlandse Gasunie NV hatte im vergangenen Jahr die Bilfinger Tebodin Netherlands B.V. mit Ingenieurdienstleistungen für ein „HyStock“ genanntes Projekt beauftragt. Dabei werden unterirdische Wasserstoffspeicher am Gasunie-Standort Zuidwending in den Niederlanden entwickelt. In jede der vier geplanten Kavernen würden 76 Millionen Kubikmeter Wasserstoffgas verpresst, die Gesamtspeicherkapazität betrage rund 26 Millionen Kilogramm. Die ersten Kavernen sollen bis 2026 den Betrieb aufnehmen. Die Grafik zeigt das Schema der Nutzung von Wasserstoff in den Erdgaskavernen von Gasunie. © Gasunie
