Brennstoffzellen und Wasserstoff haben das Potenzial, einen wesentlichen Beitrag zu den Herausforderungen des künftigen Straßenverkehrs zu leisten. Die wichtigsten sind: (1) Das Reduzieren von globalen und lokalen Emissionen, (2) das Verringern von Importabhängigkeiten, (3) der Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands, (4) die ausreichende Verfügbarkeit des Energieträgers. Wasserstoff erweist sich dabei als der geeignete Energieträger, weil er mit jeder Primärenergie hergestellt werden kann und sicherheitstechnisch mit Erdgas vergleichbar ist. Langfristig kann durch den Einsatz von erneuerbaren Energiequellen, wie z.B. via Windstromelektrolyse, emissionsfreies Fahren ermöglicht werden. Damit Wasserstoff als Treibstoff für Pkw verwendet werden kann, muss eine flächendeckende Versorgungsinfrastruktur geschaffen werden. Diese unterscheidet sich stark von der Versorgung mit Benzin oder Diesel. Für große Mengen Wasserstoff eignet sich, ähnlich wie beim Erdgas, am besten der gasförmige Transport in Pipelines. Dieser Ansatz wurde jedoch im Detail bisher noch nicht untersucht. Es ist insbesondere unklar, welche Rohrmaterialien verwendet werden sollen, weil Wasserstoff einen negativen Einfluss auf deren Stabilität hat. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, ein technisches Konzept für ein Pipelinesystem zu entwerfen, welches den deutschen Straßenverkehr mit Wasserstoff versorgt. Aufbauend auf den Annahmen der Studie GermanHy, wurden alle wichtigen technischen Fragestellungen, wie z.B. die allgemeinen Materialanforderungen, die Einspeisung, der Transport und die Ausspeisung des Wasserstoffs untersucht. Bezüglich der Materialien wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Möglichkeiten identifiziert, um die Versprödungssicherheit zu gewährleisten. Am Beispiel Deutschland wurden der Aufbau und die Länge eines Pipelinesystems sowie dessen monetäre und ökologische Aspekte untersucht. Mit einer Monte-Carlo-Simulation wurde jeweils eine Wahrscheinlichkeitsdichte für die Investition und die spezifischen Kosten berechnet. Um diese Ergebnisse in den gesamten Kontext einzubetten, wurden auch die Herstellung, die Speicher und die Tankstellen monetär bewertet. Darüber hinaus wurde weiterer Forschungs- und Entwicklungsbedarf herausgestellt. In dieser Arbeit wurde angenommen, dass 14 Quellen insgesamt 9.860 Tankstellen mit Wasserstoff versorgen. Für das überregionale Transmissionsnetz wurde eine Länge von 12.000 km berechnet. Für den Transport auf lokaler Ebene wird ein Distributionsnetz von 36.000 km Länge benötigt. Das Pipelinesystem kostet im Erwartungswert insgesamt 23 Mrd. €. Für das Pipelinenetz, inkl. Verdichtern, Betriebs- und Stromkosten, fällt spezifisch im Erwartungswert ein Aufschlag von 0,79 €/kg H2 an. Dieser Wert ist im Vergleich zu Literaturangaben vorsichtig konservativ.

    Fuel cells and hydrogen have the potential to be essential contributors for meeting the challenges of the future traffic sector. The key challenges include: reducing global and local emissions reducing import dependencies preserving Germany's competitiveness ensuring sufficient availability of the energy carrier Hydrogen is assumed to be the most appropriate energy carrier, since it can be produced via any primary energy and in terms of security is comparable to natural gas. In the long run, renewable energy, e.g. via wind power electrolysis, will make emission-free driving feasible. In order to use hydrogen to fuel cars, a comprehensive distribution infrastructure is required. This is completely different than the case of conventional fuels such as gasoline or diesel. Large amounts of hydrogen can be transported in a gaseous state in pipelines, as is common practice for natural gas. This option has not been examined to date. In particular, at the moment no suitable material has been identified for transporting hydrogen, which degrades the stability of the pipe. The aim of this thesis was to design a technical concept for a pipeline system that would make it possible to supply hydrogen to fuel cell cars. Using the assumptions of the study GermanHy, crucial technical questions were investigated. These questions comprise aspects such as general material requirements, feed-in, transportation and feed-out of the hydrogen. With respect to the material challenges, different potential possibilities are provided in order to ensure that no embrittlement will occur. Taking Germany as an example, the design and length of the pipeline system were investigated as well as the related economic and ecological aspects. A Monte Carlo simulation was conducted in order to calculate the probability density of both the investment and the specific cost. These results were placed in the overall context by calculating the economic impact of production, storage and fuelling stations. This thesis, furthermore, identified areas with a need for further research and development. It was assumed that 14 sources will provide hydrogen for 9,860 fuelling stations. The length of the national transmission grid was calculated to be 12,000 km. Transportation at the regional level will require a distribution grid of 36,000 km. The overall expected costs of the pipeline system are 23 billion. Taking into account compression, O&M and electricity yields a specific cost of 0.79 €/kg H2. Compared to values reported in the literature, this is rather conservative.


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    Titel :

    Konzept und Kosten eines Pipelinesystems zur Versorgung des deutschen Straßenverkehrs mit Wasserstoff


    Weitere Titelangaben:

    Concept and cost of a pipeline system to supply hydrogen to fuel cell cars in Germany


    Beteiligte:
    Krieg, Dennis (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2012


    Format / Umfang :

    228 Seiten, Bilder, Tabellen, 328 Quellen




    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch