Der Aufbau einer tragfähigen Wasserstoffwirtschaft erfordert weit mehr als die Erzeugung von grünem Wasserstoff. Eine zentrale Rolle spielen großskalige Speicherlösungen, die Angebot und Nachfrage zeitlich entkoppeln, Systemstabilität ermöglichen und wirtschaftliche Betriebsmodelle unterstützen. Unterirdische Wasserstoffspeicher – insbesondere Kavernenspeicher und Porenspeicher – gelten als unverzichtbare Infrastrukturbausteine für eine zukünftige Wasserstoffversorgung. Wir ordnen die Speichertechnologien technisch, wirtschaftlich und regulatorisch ein und zeigen, warum ihre Entwicklung entscheidend für die Skalierung des Wasserstoffmarktes ist.
[Bild: Swen Gottschal /DIE GAS- UND WASSERSTOFFWIRTSCHAFT]
Bedeutung von Wasserstoffspeichern im Energiesystem
Wasserstoff wird häufig als Bindeglied zwischen erneuerbarer Stromerzeugung, Industrie, Mobilität und Wärmemarkt betrachtet. Seine systemische Stärke liegt in der Möglichkeit, große Energiemengen langfristig zu speichern. Ohne passende, leistungsfähige Speicher bleibt Wasserstoff damit jedoch ein rein punktuelles Produkt, das nur dort genutzt werden kann, wo Erzeugung und Verbrauch zeitlich und räumlich zusammenfallen.
Großvolumige Speicher sind daher eine Voraussetzung für:
- saisonale Glättung schwankender erneuerbarer Erzeugung,
- Versorgungssicherheit für Industrieprozesse mit kontinuierlichem Bedarf,
- den Aufbau eines überregionalen Wasserstoffmarktes mit Handel und Transport,
- die wirtschaftliche Nutzung von Elektrolysekapazitäten mit hohen Volllaststunden.
Unterirdische Speicher bieten im Vergleich zu oberirdischen Druckbehältern oder mobilen Lösungen die einzigen realistischen Optionen für Speicherkapazitäten im TWh-Maßstab.
Typen unterirdischer Wasserstoffspeicher
Im Zentrum der Betrachtung stehen zwei Speicherarten: Salzkavernen und Porenspeicher.
Salzkavernen basieren auf künstlich ausgesolten Hohlräumen in Salzstöcken. Sie zeichnen sich durch sehr hohe Gasreinheit, gute Dichtheit, sowie hohe Ein- und Ausspeicherleistungen aus.
Diese Eigenschaften machen Kavernen besonders geeignet für Anwendungen mit hohen Reinheitsanforderungen und dynamischen Lastprofilen.
Porenspeicher nutzen natürliche poröse Gesteinsformationen, etwa ehemalige Erdgaslagerstätten. Ihr Vorteil liegt in den potenziell sehr großen Volumina, die sie aufnehmen können. Technisch anspruchsvoller sind jedoch:
- Höhere Strömungswiderstände beim Ausspeichern,
- größere erforderliche Mengen an Kissengas,
- und stärkere Abhängigkeit von geologischen Randbedingungen.
In der Praxis werden beide Speicherarten komplementär betrachtet, da sie unterschiedliche systemische Funktionen erfüllen.
Technische und betriebliche Herausforderungen
Die Nutzung unterirdischer Wasserstoffspeicher ist mit spezifischen technischen Fragestellungen verbunden. Dazu zählen insbesondere:
- Strömungsmechanik und Druckmanagement, vor allem bei Porenspeichern mit langen Fließwegen,
- Materialverträglichkeit, etwa im Hinblick auf Wasserstoffversprödung angrenzender Infrastrukturen,
- Gasqualität, da Verunreinigungen aus dem Untergrund oder aus dem Speicherbetrieb in nachgelagerte Systeme eingetragen werden können.
Gerade die Gasreinheit spielt eine zentrale Rolle, da Wasserstoff künftig in sehr unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt wird – von der chemischen Industrie bis zu Brennstoffzellen. Speichertechnologien müssen daher nicht nur große Mengen bereitstellen, sondern dies auch in definierter Qualität.
Wirtschaftliche Einordnung: CAPEX dominiert
Ein wesentlicher Befund ist die Kostenstruktur großskaliger Wasserstoffspeicher. Über die Lebensdauer betrachtet entstehen die überwiegenden Kosten als CAPEX, nicht als OPEX. Planung, Genehmigung, Erschließung und Bau bestimmen die Wirtschaftlichkeit deutlich stärker als der laufende Betrieb. Dies hat mehrere Konsequenzen:
- Investitionsentscheidungen müssen langfristig abgesichert sein,
- regulatorische Stabilität ist entscheidend,
- frühe Speicherprojekte tragen ein hohes Vorlaufrisiko, schaffen aber systemischen Mehrwert.
Die Wirtschaftlichkeit von Wasserstoff insgesamt hängt damit nicht nur vom Erzeugungspreis ab, sondern wesentlich von der Existenz einer funktionierenden Speicher- und Transportinfrastruktur.
Zeitliche Dimension und Skalierung
Der Aufbau unterirdischer Wasserstoffspeicher ist kein kurzfristiges Vorhaben. Realistische Zeiträume liegen – je nach Speicherart – bei rund acht Jahren für Kavernenspeicher und etwa sechs bis sieben Jahren für Porenspeicher.
Diese Zeitspannen umfassen Genehmigung, Erkundung, Bau und Inbetriebnahme. Daraus folgt, dass Entscheidungen über Speicherprojekte heute getroffen werden müssen, um den erwarteten Wasserstoffbedarf der 2030er-Jahre abdecken zu können.
Rolle von Infrastruktur und Regulierung
Speicher entfalten ihren Nutzen nur im Zusammenspiel mit Pipelines, Erzeugungsanlagen und Abnehmern. Ohne ein zusammenhängendes Wasserstoffnetz bleiben selbst große Speicher isolierte Assets. Entsprechend wird die Infrastruktur immer wieder als zentraler Erfolgsfaktor genannt. Hinzu kommen weitere Fragestellungen, etwa die erwähnten Vorgaben zur Gasbeschaffenheit und -reinheit, Schnittstellen zu bestehenden Erdgasregelwerken und langfristige Rahmenbedingungen für Investitionen.
Diese Aspekte beeinflussen nicht nur die technische Auslegung, sondern auch die Marktintegration von Wasserstoffspeichern.
Fazit
Unterirdische Wasserstoffspeicher sind kein optionales Zusatzthema, sondern eine Grundvoraussetzung für eine funktionierende Wasserstoffwirtschaft. Sie ermöglichen Skalierung, Wirtschaftlichkeit und Versorgungssicherheit gleichermaßen. Die technischen Unterschiede zwischen Kavernen- und Porenspeichern erfordern differenzierte Konzepte, die sich an konkreten Anwendungsfällen orientieren.
Entscheidend ist, dass Speicher nicht isoliert gedacht werden dürfen. Erst im Zusammenspiel mit Erzeugung, Transport und Regulierung entsteht ein tragfähiges Gesamtsystem. Wer heute über Wasserstoffmärkte, Industrieanwendungen oder Netzinfrastruktur spricht, kommt an der strategischen Rolle großskaliger Speicher nicht vorbei.