Die Nutzung von grünem Wasserstoff (H2) in der Luftfahrt setzt voraus, dass er in flüssiger Form (Liquid Hydrogen, LH2) bereitgestellt wird. Eine zentrale Produktion und Verflüssigung von H2 an geeigneten Standorten, begünstigt durch kosteneffizient zugängliche erneuerbare Energien sowie Skalenvorteile, erfordert es, LH2 in Kryotanks zu Flughäfen zu transportieren. Angesichts des sektorübergreifenden Übergangs zur Wasserstoffwirtschaft und der geplanten europaweiten Verteilung von gasförmigem Wasserstoff (Gaseous Hydrogen, GH2) durch umgewidmete und neue Pipelines hat das Bauhaus Luftfahrt Technologieperspektiven für den LH2- und GH2-Transport analysiert, mit Fokus auf Energiebedarf und Kapazität.
Der LH2-Transport über weite Distanzen erwies sich als energetisch günstiger, insbesondere bei zukünftiger Nutzung von Boil-off-Gas für den Antrieb. Für kürzere Distanzen kann der GH2-Transport vorteilhafter sein, je nach Technologiemix sowie Umfang gegenüber dem Seetransport energieintensiveren Landtransports. Eine Schlüsselerkenntnis war, dass umgewidmete Pipelines zwar günstiger sind als neue, dafür jedoch die Break-even-Distanz stark senken.
Die thermodynamische Analyse zeigte, dass die rauere Rohrinnenoberfläche den Energiebedarf für die Rekomprimierung von GH2 zum Ausgleich von Reibungsverlusten erheblich steigert. Allerdings ermöglicht eine moderate Reduktion der Transportmenge, diesen Mehraufwand auszugleichen, stets jedoch zu Lasten der Gesamtkosten. Neue Verbundrohrleitungen bieten dank glatterer Oberfläche sowie hoher Festigkeit und Flexibilität Vorteile in Effizienz, Kapazität und Kosten gegenüber traditionellen Stahlpipelines.
Die Erkenntnisse betonen den Bedarf der Luftfahrt nach paralleler Entwicklung fortschrittlicher LH2- und GH2-Transportinfrastruktur und fließen ein in integrierte Studien für eine optimierte Bereitstellung.
Lebenszyklus von grünem Wasserstoff mit verschiedenen Transportoptionen (schattierte Bereiche)
Elektrolyse-erzeugter GH2 wird 1) über GH2-Pipelines transportiert und dann in der Nähe des Verwendungsortes verflüssigt oder 2) direkt verflüssigt, z. B. am Produktionsstandort, gefolgt von LH2-Transport über See und / oder Land zum Flughafen.
Optionen für den Wasserstofftransport
Wird für den Ausgleich des Druckabfalls entlang der GH2-Pipeline ein Kolbenkompressor eingesetzt, ist der LH2-Transport unabhängig von der Distanz bevorzugt. Beim effizienteren Zentrifugalkompressor hängt die Break-even-Distanz von der Innenflächenbeschaffenheit der Pipeline und dem Transportanteil des Lkw ab – z. B. 600 km (umgewidmete Pipelines) und 900 km (neue Pipelines) für einen Lkw-Transportanteil von 500 km.
L. Koops, Gas Pipeline versus Liquid Hydrogen Transport – Perspectives for Technologies, Energy Demand and Transportation Capacity, and Implications for Aviation, DLRK, Stuttgart, 2023