Salzkavernen

Künstlich geschaffene Hohlräume im Salzgestein werden als Salzkavernen bezeichnet.Die typische Größe einer Gasspeicherkaverne kann von einigen 100.000 m3 bis zu einem Maximum von etwa 1.000.000 m3 variieren, wobei der Betriebsdruck mit zunehmender Tiefe steigt. So ergibt sich bei einer 1000 m tiefen Kaverne mit einem Volumen von 500.000 m3 ein Betriebsdruck von etwa 60 bis 180 bar. Bezogen auf Wasserstoff ergibt sich daraus eine Arbeitsgasmasse von 4900 t. In Gaskavernen wird heute hauptsächlich Erdgas gespeichert, aber auch reiner Wasserstoff kann dort gelagert werden. Wasserstoff wird bereits in drei kleinen Kavernen in Teesside, Großbritannien, und in zwei großen Kavernen bei Houston, Texas, USA, gespeichert. Veröffentlichten Quellen zufolge könnten in Bezug auf die Dichtigkeit ähnlich gute Ergebnisse erzielt werden wie bei Erdgaskavernen.

Porenspeicher

Porenspeicher sind natürlich poröse Lagerstätten, die durch nach oben hin gasdichte Gesteinsschichten dicht gehalten werden. Zur Erschließung der Lagerstätte werden mehrere Bohrungen abgeteuft, da es sich nicht um einen Hohlraum, sondern um ein System kleiner, miteinander verbundener Poren handelt. Dadurch werden die Fließwege und der daraus resultierende Strömungswiderstand bei der Ein- und Ausleitung des Gases verringert.

Ausgeförderte Gas- oder Öllagerstätten

Bei entsprechender Eignung können geförderte Gas- oder Ölvorkommen in eine Gasspeicheranlage umgewandelt werden. Die Dichtheit wird durch die Tatsache belegt, dass die Kohlenwasserstoffe seit mehreren Jahren eingeschlossen sind und trotz ihrer geringeren Dichte nicht an die Oberfläche gelangt sind. Außerdem sind die Lagerstätten und die darüber liegenden Gesteinsschichten bereits erkundet, so dass es möglich ist, die vorhandenen Bohrungen für die Speicherung weiter zu nutzen, was weitere Vorteile bietet.

Voraussetzungen für die Eignung einer ausgeförderten Kohlenwasserstoff-Lagerstätte als Gasspeicher:

• geeignete Tiefe, damit die Betriebsdrücke mit den Betriebsdrücken des Pipelinesystems verträglich sind.
• gute Porosität und die Durchlässigkeit für die Gasströmung (Permeabilität, um häufiges Befüllen und Entleeren zu erleichtern.

Weitere Aspekte zur Nutzung als Wasserstoffspeicher:

• Wasserstoff kommt mit Restbeständen unterschiedlicher Kohlenwasserstoffgase und -flüssigkeiten in Kontakt.
• Bei Verunreinigungen mit Kohlenwasserstoffen ergibt sich ein hoher Aufwand bei der Trennung, um reinen Wasserstoff zu gewinnen.
• Chemische Reaktionen des sehr reaktiven Wasserstoffs mit unterschiedlichen Mineralien sind möglich. Daraus kann ein Verlust von Wasserstoff oder die Bildung von Reaktionsprodukten die Folge sein.
• Bakterien, die in den Lagerstätten vorkommen, können ebenfalls mit Wasserstoff reagieren. Die Folgen können Verlust von Speichergas bzw. Beeinträchtigung der Fließeigenschaften sein.

Aquiferformationen

Aquifer-Formationen sind von Natur aus poröse und durchlässige Ablagerungen, die früher mit Salzwasser gefüllt waren. Voraussetzung für die Nutzung als Gasspeicher ist eine Abdeckung aus einer undurchlässigen Gesteinsschicht, die zudem kuppelförmig ist. Um den Speicher mit Gas zu füllen, werden Bohrungen um die Formationsdecke herum abgeteuft.

Der große Nachteil von Aquifer-Formationen gegenüber ausgeförderten Gas- oder Öllagerstätten besteht darin, dass zu Beginn noch keine ausreichenden Daten über die geologischen Verhältnisse und die Dichtheit vorliegen, was zunächst zu hohen Explorationskosten führt. Hinsichtlich der Nutzung als Wasserstoffspeicher sind die gleichen Aspekte zu berücksichtigen wie bei den geförderten Gas- oder Ölvorkommen, lediglich eine Kontamination durch Rückstände fossiler Kohlenwasserstoffe kann ausgeschlossen werden. Zudem ist die Gefahr von bakteriell indizierten Reaktionen wesentlich größer, da die Gas- und Wasserphase eine große Kontaktfläche haben.

Felskavernen und aufgelassene Bergwerke

Bergmännisch aufgefahrene Hohlräume (Felskavernen)

Flüssige Kohlenwasserstoffe werden bereits in großen, nicht ausgekleideten Felskavernen gelagert, die durch den Bergbau in Festgestein (z. B. Granit) entstanden sind. Da dieses Gestein nicht frei von Rissen ist, muss die Lagerstätte weit unterhalb des Grundwasserspiegels liegen, damit geringe Mengen Grundwasser durch die Risse in das Reservoir fließen können und so ein Entweichen des gasförmigen oder flüssigen Lagerguts verhindert wird. Das angesammelte Wasser kann bei Bedarf abgepumpt werden. Außerdem sorgt die große Tiefe dafür, dass die erforderlichen Betriebsdrücke erreicht werden, um Gase in dieser Form zu speichern.

Das Abteufen der Schächte und das Auffahren der Stollen für die spätere Einlagerung verursachen enorm hohe Kosten. Felskavernen können von innen mit gasdichtem Stahl ausgekleidet werden, so dass auch Felskavernen in geringerer Tiefe für die Speicherung von Gasen genutzt werden können.

Aufgelassene Bergwerke

Verlassene Bergwerke sind Bergwerke, in denen der Bergbaubetrieb eingestellt wurde. Das bereits vorhandene und sehr große Hohlraumvolumen bietet einen Vorteil, aber die Abdichtung ist ein großes Problem.

Zudem kann die Dichtheit erst nach hohen Investitionen in die Abdichtung der Schächte nachgewiesen werden. Daher wird diese Variante im Hinblick auf die Wasserstoffspeicherung als kritisch angesehen.

Vergleich der Gasspeichertechnologien

Salzkavernen eignen sich am besten als zukünftige Wasserstoffspeicher mit sehr großen Kapazitäten. Voraussetzung dafür ist, dass genügend Salzinformationen vorhanden sind und eine Lösung für die Entsorgung der großen Salzmengen bei der Produktion gefunden wird.

Vorteile von Salzkavernen:

• Salzkavernen sind für Wasserstoff technisch dicht.
• Wasserstoff wird durch das Steinsalz nicht verunreinigt.
• Biochemische Reaktionen spielen aufgrund der geringeren Kontaktfläche von Gas und Solen und des hohen Salzgehalt des Wassers keine Rolle.
• Kavernen haben kurze Ein- und Ausspeicherdauern und gleichzeitig sind häufige Lastwechsel möglich.

Der künftige Bedarf an großräumiger Speicherung von Wasserstoff in Europa und weltweit kann nicht ausschließlich mit Salzkavernen gedeckt werden, weshalb Porenspeicher weiterhin untersucht werden. Im besten Fall kann eine Kombination aus Salzkavernen und Porenspeichern große Gebiete in wichtigen europäischen Ländern abdecken, wie die Erfahrung mit Erdgasspeichern bereits gezeigt hat.