Poldi BC

Das Extremszenario eines 100%-EE Gebildes mit H2-Backup - Stratosphärische Aerosole und der Einfluss auf das Kavernenvolumen der H2-Speicherung. Die in vielen Studienlagen geforderte Lösung zur Dekarbonisierung sieht einen Ausbau von Wind- und PV-Anlagen vor, die über ein Backup mit H2-Kraftwerken versehen sind um Mangellagen wie Dunkelflauten auszugleichen und um die Systemdienstleistungen des Netzes bereitzustellen. Ein Szenario scheint in der allgemeinen Studienlage nicht abgebildet zu sein - starke Vulkanausbrüche wie die des Tambora 1815, dem größten Ausbrauch seit 1257, der 50-60 Mt SO2 in die Atmosphäre entließ. Es führte im Anschluss zu einem Peak-Radiative-Forcing von bis zu -5W/m² (mit regionalen Verstärkungen) welches 1816 zum Jahr ohne Sommer führte, die globale Abkühlung betrug 0,4 - 1,9°C, in Europa trat sogar Frost im Sommer auf. Lediglich zwei thematisieren dies in Studienlagen: Mertzsch 2011 ("Ambivalenzen erneuerbarer Energien") benennt es ausdrücklich: "Starke Vulkanausbrüche [können] über Jahre negative Auswirkungen auf die Sonneneinstrahlung und damit auf die Nutzung von Photovoltaik und Solarthermie sowie die Vegetation und damit die Bioenergie haben." Krassmann 2011 ("Vulkanemissionen - unterschätzte Gefahr für die deutsche Energieversorgung") warnt hier: In einem stark EE-abhängigen System (Wind + PV) wären solche Aerosol-Ereignisse eine massive, bisher kaum berücksichtigte Quelle von Versorgungsrisiken. Effekte auf den EE-Ertrag (PV + Wind): Photovoltaik: Durch eingebrachte Aerosole reduziert sich die Direktstrahlung auf die Module (die Diffuse nimmt sogar etwas zu): Der globale Rückgang beträgt etwa 1-4%, jedoch ist der Ertrag in Nordeuropa um bis zu -12% reduziert. (Baur et al. 2024, Smith et al 2017) Stärkere Ereignisse wie die des Tambora hätten jedoch noch größere Einflüsse, die Sonne würde sich hier so stark verdunkeln dass das Erkennen von Sonnenflecken mit dem bloßen Auge möglich wäre, eine Ertragsreduktion bei der PV von 10-20% über mehrere Jahre wäre die Folge. Wind: Auch hier würden Beeinflussungen auftreten, die Windgeschwindigkeit wäre deutlich reduziert (Shen et al. 2025). Auf globaler Ebene würde die Abnahme ca. 2 Jahre lang anhalten, in Europa wiederum kann das Windenergie-Potenzial um bis zu -12% (Baur et al. 2024) reduziert sein. Die Bioenergie wäre zusätzlich betroffen durch das Ausbremsen der Vegetation. ===> Dies beeinflusst den Speicherbedarf massiv! Mehr Bedarf und weniger Einspeicherung von Überschüssen. Ruhnau/Qvist gehen von 55 TWh für ein 12-Wochen-Defizit aus, das Zeitfenster der Beobachtung aus der sich diese Zahl ableitet ist jedoch nicht groß genug um die Effekte eines solchen Vulkanausbruchs (den hat ja schließlich keiner von uns erlebt, zum Glück!) zu berücksichtigen. Für mich als Maschinenbauer liegt hier das Defizit, nicht ausreichend konservative Annahmen bei der Dimensionierung technischer Gebilde sind in Anbetracht des Schadpotenzials als grob fahrlässig zu bezeichnen. Das ist wie der Entwurf eines Flugzeugs welches zwar im Durchschnitt funktioniert, bei Sturm aber auseinanderfliegt mit der Begründung: "Auf diesen Flugrouten kommt es im Durchschnitt nicht zum Sturm!" Ein Versagen der Langzeitspeicherung würde eine moderne Volkswirtschaft von der Landkarte fegen! (Ein Rückgriff aus fossile Energieträger ist in einem dekarbonisierten Szenario nicht mehr möglich!) Die 55 TWh sind daher aus meiner Sicht weitaus zu gering angesetzt (man könnte hier sicherlich noch KI und andere Dinge in den Bedarf mit einrechnen, dann werden die Zahlen nur anteilsmäßig größer). Wie sähe dieser Wasserstoffspeicher bei uns konkret aus? Erstmal zurück den den Grundlagen: Gase (wir behandeln hier Einphasengemische, also kein Flüssiggas (Propan/Butan) oder verflüssigtes CO2) verhalten sich nach der allgemeinen Gasgleichung pV=mRsT mit den Größen p: Druck (hier: Kavernendruck) V: Volumen (hier: Kavernenvolumen) m: Gasmasse (hier: Masse des eingespeicherten Wasserstoffs) Rs: spezifische Gaskonstante (hier: die des Wasserstoffs) T: Kavernentemperatur Da Erdgas und Wasserstoff unter gleichen Bedingungen gelagert werden (Druck und Temperatur) ist hier alleinig das Kavernenvolumen entscheidend. Gespeicherte Energie: Die eingespeicherte Energie hängt vom unteren Heizwert ab, im Verhältnis zum Erdgas ergibt dies ein ca. 3,3-fach größeres Kavernenvolumen im Vergleich zum Erdgas für den gleichen Energieinhalt. Größenvergleich des benötigten Kavernenvolumens (brutto): 55 TWh: Erdgas: 42,8 Mio. m³ Wasserstoff:142 Mio. m³ 80 TWh: Wasserstoff:206,6 Mio. m³ Für den praktischen Betrieb wird noch ein Polstergasvolumen (min. 30%) benötigt welches die Zahlen nochmals vergrößern würde. Eine typische Salzkaverne hat ca. 500.000 m³, für 80 TWh wären davon über 400 Stück notwendig (brutto - mit Polstergas min. 590 - Bauzeit (Errichtung mittels Lösungsbergbau)) pro Baulos: 8-12 Jahre. Vergleich mit dem vorhandenen Kavernenvolumen für Erdgas: Bei einem Polstergasanteil von 30% würde das benötigte Gesamt-Kavernenvolumen 295 Mio. m³ betragen, verglichen mit dem jetzigen Kavernenvolumen beim Erdgas von 120-130 Mio. m³. 295 Mio. m³ sind verglichen mit dem Monte Kali die 2,36-fach größere Menge. Wohin mit dem Salz? Es läge in Form von Sole vor die über die Flüsse in die Meere abgeleitete werden müsste, bei einer Gesamtbauzeit von 30 Jahren wären dies pro Jahr 9,83 Mio m³ pro Jahr. Nimmt man an durch räumliche Verteilung würde es gelingen, die Salzfracht auf die drei Großen Flüsse Donau/Rhein/Elbe aufzuteilen so würde sich: im Rhein die Salzlast ca. verdoppeln (Anstieg um ca. 100 mg/l) in der Elbe über ein Vielfaches der natürlichen Werte steigen (Anstieg um ca. 120 mg/l) in der Donau die Trinkwassergewinnung flussabwärts gefährden (Anstieg um ca. 320 mg/l) [Grenzwert im Trinkwasser: 250 mg/l, der natürliche Chloridgehalt der Flüsse beträgt oft nur 20-50 mg/l] Die H2-Infrastruktur müsste ja parallel zur Erdgasinfrastruktur errichtet werden - schon die gezeigten 30 Jahre Bauzeit würden bei einer Ableitung des herausgelösten Salzes die Flüsse ökologisch überlasten. Entweder müsste das Salz über Pipelines direkt ins Meer geleitet werden (utopische Kostenexplosion!) oder man streckt den Bauzeitraum auf über 100 Jahre. Zum Vergleich: Der Monte Kali (Bildquelle: Wikipedia)