Es gibt in Deutschland bereits Teilnetzgebiete, in denen im Rahmen von Forschungsvorhaben bis zu 30 % Wasserstoff in das bestehende Gasnetz beigemischt wird. Mit H2Direkt gehen Energie Südbayern und Energienetze Bayern zusammen mit Thüga den nächsten Schritt und wollen zeigen, dass auch eine Umstellung auf 100 % Wasserstoff möglich ist.

Die Hauptziele des Projekts:

• Zeigen, dass die bestehende Gasinfrastruktur in Zukunft mit geringen technischen Umrüstungen mit Wasserstoff weiterverwendet werden kann.
• Die Machbarkeit und Betriebssicherheit eines von Erdgas auf Wasserstoff umgestellten Verteilnetzes demonstrieren.
• Eine Option zur klimaneutrale Energie- und Wärmeversorgung von Privathaushalten und Gewerbe zeigen.
• Die Erarbeitung einer Roadmap und eines allgemeinen Leitfadens für die Umstellung von Verteilnetzen in ganz Deutschland.

Der Green Deal der Europäischen Union legt fest, dass bis 2030 die Treibhausgasemissionen der EU-Mitgliedstaaten auf 55 % im Vergleich zu 1990 reduziert werden sollen. Auch der Wärmesektor muss seinen Beitrag zur Emissionsminderung leisten. Eine Möglichkeit ist Wasserstoff: Er kann in Zukunft fossiles Erdgas als Energieträger ersetzen und ist daher eine vielversprechende Alternative in der häuslichen Energieversorgung.

Das Projekt H2Direkt soll zeigen, dass dafür die bereits bestehende Gasnetzinfrastruktur verwendet werden kann und das mit möglichst wenig zusätzlichen Investitionen. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens teilen Energie Südbayern und die Thüga AG mit den rund 100 Partnerunternehmen der Thüga-Gruppe. Sie schaffen so eine wichtige Blaupause für deren Weg in eine dekarbonisierte Wärmeversorgung. H2Direkt ist ein Teilprojekt im TransHyDE-Verbund, einem der Wasserstoff-Leitprojekte des Bundesforschungsministeriums.

Voraussetzung für die Nutzung erneuerbarer Energien ist ein leistungsfähiges Stromnetz, das Leistungsschwankungen auffangen kann. In Wasserstoff können große Energiemengen gespeichert und wieder rückverstromt werden, wenn sie benötigt werden. Die Besonderheit: Beim Einsatz von Wasserstoff als Energieträger entstehen keine schädlichen Emissionen, sondern lediglich etwas Wasserdampf. Regenerativ erzeugt wird Wasserstoff einen großen Beitrag zur Energiewende leisten und eine Reduktion der CO2-Emissionen im Gassektor ermöglichen.

Für den Feldtest wurden zehn private Haushalte ausgewählt, die bereits an das lokale Gasnetz angeschlossen sind. Zusätzlich wird ein Gewerbekunde mit Wasserstoff versorgt.

H2Direkt ist ein Verbundprojekt zwischen dem regionalen Versorger Energie Südbayern GmbH, dem Erdgas-Netzbetreiber Energienetze Bayern GmbH & Co. KG und dem Stadtwerkeverbund Thüga AG. Zusätzlich ist ein unabhängiges Prüfinstitut als Projektpartner involviert. Die Projektpartner sind für folgende Bereiche zuständig:

• Energie Südbayern GmbH:
  Die Energie Südbayern GmbH (ESB) ist verantwortlich für die Umsetzung und technische Betreuung des Feldtests vor Ort. Vertragliches und Abrechnung liegen bei ESB, die der direkte Ansprechpartner für die Testhaushalte ist.
• Energienetze Bayern GmbH & Co. KG:
  Die Energienetze Bayern GmbH & Co. KG (ENB) ist die Netzgesellschaft im Unternehmensverbund der ESB und der größte regionale Gasverteilnetzbetreiber in Südbayern.
• Thüga AG:
  Thüga unterstützt die ESB mit konzeptioneller und operativer Fachexpertise und mit Erfahrungen aus vorherigen Forschungsprojekten zur Umstellung von Verteilnetzen auf Wasserstoff. Zudem ist Thüga für wissenschaftliche und strategische Fragestellungen zuständig.
• Prüfinstitut:
  Neue Gasinstallationen müssen vor der Freigabe geprüft und abgenommen werden. Dafür ist ein Sachverständiger eines unabhängigen Prüfinstituts (z.B. TÜV) zuständig. Zusätzlich unterstützen die auf dem Wasserstoff-Sektor erfahrenen Unternehmen Keep It Green GmbH und das Engler-Bunte-Institut (EBI) die Projektplanung mit sicherheitstechnischen Beurteilungen.

Energie Südbayern und Thüga arbeiten noch mit weiteren Industrieunternehmen und Forschungsinstituten zusammen, die das Umstellungsprojekt mit Fachwissen, Simulationen und Sicherheitsprüfungen unterstützen.

Den Testhaushalten wird eine grüne Energieversorgung zur Verfügung gestellt, denn mit Wasserstoff können Raumwärme und Warmwasser CO2-neutral erzeugt werden. Der Klimaschutz ist eine globale und nationale Aufgabe, die uns alle angeht. Die Teilnahme am Feldtest H2Direkt stellt einen aktiven Beitrag zum Gelingen der Energiewende in Deutschland dar.

Für den Feldtest wählte die Energienetze Bayern ein geeignetes Siedlungsgebiet im Markt Hohenwart aus.

Grundsätzlich ist für die Umstellung der Gasversorgung auf Wasserstoff kein Austausch der Rohre nötig. Für das 100%-Wasserstoffnetz wurden ein Wasserstofftank und eine Einspeiseanlage aufgebaut.
Für die Nutzung des Wasserstoffs in den Haushalten wurden alle Gaskomponenten auf ihre H2-Tauglichkeit überprüft. Handelsübliche Brennwertthermen und -kessel können mit einem gewissen Anteil Wasserstoff umgehen, für eine 100%-Umstellung ist es jedoch nötig, die bestehenden Gasanlagen zu ersetzen. Die ausgebauten Erdgasgeräte werden von Energie Südbayern eingelagert und für einen möglichen Wiedereinbau auf dem aktuellen Stand der Technik gehalten.
Die Firma Vaillant wird die H2-Brennwertgeräte für die teilnehmenden Haushalte herstellen und einbauen. Auch Komponenten wie Zähler, Gasdruckregelgeräte, Gasströmungswächter und Hauseinführungskombinationen werden überprüft und gegebenenfalls im Zuge des Projekts ausgetauscht.

Die Versorgung ist vorerst auf 18 Monate festgelegt, beginnend zur Heizperiode 2023/2024.

Ob eine Weiterversorgung mit 100 % Wasserstoff nach dem Feldtestbetrieb möglich ist, wird im Rahmen des Projekts bewertet. Ziel ist der Weiterbetrieb unter Beachtung der technischen und wirtschaftlichen Erkenntnisse aus dem Projekt.
Das weitere Vorgehen mit der umgebauten Infrastruktur steht noch nicht fest. Die Marktbedingungen im Bereich von grünem Wasserstoff befinden sich aktuell im Wandel, deshalb muss die Situation gegen Ende des Feldtests 2025 evaluiert werden. Neben dem weiteren Betrieb des Netzes mit Wasserstoff ist auch ein geordneter Rückbau der Infrastruktur denkbar.

Das neue 100%-Wasserstoffnetz wird im Inselbetrieb angelegt. Das bedeutet, es wird ein Teil des bestehenden Netzes vom Rest abgetrennt und separat mit Wasserstoff versorgt. Für eine zuverlässige Gasversorgung im laufenden Betrieb wird der zentrale Wasserstofftank in kurzen zeitlichen Abständen nachgetankt und zudem kontinuierlich überwacht. Der Wasserstoff wird per LKW geliefert.
Die Einspeiseanlage beinhaltet eine Druckregelung sowie eine Odorierungsanlage. Wie bei der konventionellen Gasversorgung wird dem ansonsten geruchlosen Wasserstoff ein Odoriermittel beigesetzt, das ihn bei einem eventuellen Gasaustritt über den Geruch wahrnehmbar macht. Über die bestehenden Leitungen des Netzabschnitts wird der Wasserstoff zu den teilnehmenden Haushalten transportiert und gelangt zu den H2-tauglichen Endgeräten. Dort wird er wie Erdgas verbrannt und die entstehende Wärme zum Heizen bzw. für Warmwasser genutzt.

Nein. Da Wasserstoff wie Erdgas gespeichert werden kann, kann er auf Vorrat produziert werden. So ist der Nachschub im Feldtest jederzeit gewährleistet. Für die Auslieferung des Wasserstoffs wird mit renommierten Gaslieferanten zusammengearbeitet, die seit Jahrzehnten klassische Lieferformen in Flaschen und Tanks anbieten. Fuhrpark und Logistikabteilung sind so ausgerichtet, dass die Lieferkette stets aufrechterhalten werden kann. 

Für das Projekt soll grüner Wasserstoff eingesetzt werden.

Das wasserstofffähige Brennwertgerät inkl. der Wartung und Instandhaltung bleibt während der gesamten Projektphase Eigentum des Endgeräteherstellers.

Die Analyse und Überprüfung der häuslichen Gasendgeräte erfolgt bei einem Hausbesuch durch ausgewiesenes Fachpersonal der ESB und externen Sachverständigen des Prüfinstituts. Neben den Gasendgeräten werden auch Komponenten wie Zähler, Gasdruckregelgeräte und Gasströmungswächter überprüft und gegebenenfalls ausgetauscht.

Den Einbau der neuen Wärmeanlagen werden Installateure der ESB vornehmen, die im Umgang mit Wasserstoff geschult wurden oder bereits Erfahrung im Umgang mit Wasserstoff haben. Alle Installateure, die im Auftrag der ESB und Forschungspartnern zum Kontakt mit den teilnehmenden Haushalten autorisiert sind, können sich zu jeder Zeit ausweisen. Die teilnehmenden Haushalte können jederzeit die Vorlage des entsprechenden Ausweises verlangen.

Die Wärmeerzeugung mit Wasserstoff funktioniert auf dieselbe Weise wie bei der Nutzung von Erdgas. Im täglichen Betrieb werden die Änderungen daher nicht zu bemerken sein.

Den Testhaushalten wird ein neues 100%-Wasserstoff-Brennwertgerät sowie die zugehörige saubere Energieversorgung zur Verfügung gestellt. Dabei kommen auf sie keinerlei Mehrkosten zu. Die Teilnehmer tragen im eigenen Zuhause als Vorreiter zum Klimaschutz bei.

Für die Sichtung der vorhandenen Gasendgeräte sowie den Umbau der Wärmeanlage ist es nötig, dem Fachpersonal Zugang zur Anlage zu gewähren. Hierfür werden voraussichtlich mehrere Termine nötig sein. In enger Abstimmung sind Hausbesuche zur Instandhaltung und Auswertung vorgesehen. Für die modernen Wasserstoff-Brennwertgeräte muss zudem ein Anschluss zur Datenübermittlung aufgebaut werden, um die Betriebsdaten von fern auslesen zu können. Die Projektbeauftragten würden sich auch über die Teilnahme bei einer Zufriedenheitsumfrage sowie anderen werbewirksamen Aktivitäten freuen.

Aufgrund der sorgfältigen Planung der technischen Anlagen erwarten wir keine gehäuften Störungen. Ausfälle der Wärmeanlage sind jedoch nicht vollständig auszuschließen. Treten an bestimmten Geräten Störungen auf, sollte sich der Kunde an den Installateur oder den Ansprechpartner der ESB wenden. Hierzu stellt die ENB einen rund um die Uhr erreichbaren Bereitschafts- und Entstörungsdienst zur Verfügung.

Die verbauten Komponenten werden in Zusammenarbeit mit einem spezialisierten Projektpartner auf ihre Sicherheit analysiert und im Labor überprüft. Im Rahmen von H2Direkt wird als zusätzliche Sicherheit ein System aus Gassensoren implementiert. Diese Sensoren können eventuelle Leckagen detektieren und die Gaszufuhr sofort unterbrechen. Das Sensoriksystem wird vom Schweizer Gassensorikspezialisten Endress+Hauser entwickelt und speziell auf die Detektion von 100 % Wasserstoff im Projekt H2Direkt abgestimmt.
Über die Beimischung von Odoriermittel (= Geruchsstoff im Erdgas/Wasserstoff) hinaus, stellen diese Gassensoren ein zusätzliches Sicherheitsbauteil im Vergleich zur klassischen Erdgasversorgung dar. Diese alarmieren schon bei einer sehr niedrigen H2-Konzentration, die deutlich im nicht gefährlichen Bereich liegt, also weit unter der Explosionsgrenzen von Wasserstoff.
Zusätzlich zu den Überprüfungen aller verbauten Netzkomponenten auf ihre H2-Tauglichkeit durch die Projektpartner wird eine umfangreiche Sicherheitsevaluierung durch den Sachverständigen eines unabhängigen Prüfinstituts vorgenommen. Dabei werden unter anderem alle Änderungen am System überprüft und Maßnahmen zum Explosionsschutz vorgegeben (sogenannte Explosionszonen-Berechnung).
Die Wasserstoff-Einspeiseanlage wird nach aktuellen Regeln der Technik implementiert und abgenommen. Für das gesamte Gasteilnetz wird ein Brandschutzkonzept erstellt, in das auch die Feuerwehr von Hohenwart eingebunden ist.

Innerhalb der Thüga-Gruppe gab es bereits 2014 ein Projekt mit H2-Beimischung in ein kommunales Gasverteilnetz. Weiterhin ist die Thüga mit dem Partnerunternehmen Stadtwerke Heide an einer Netzeinspeisung von 20 % Wasserstoff im Rahmen des Reallabors Westküste100 involviert. Die Netze BW arbeitet aktuell im baden-württembergischen Öhringen an einem Projekt, den H2-Anteil von aktuell 10 % schrittweise auf 30 % anzuheben.
Im nordrhein-westfälischen Holzwickede existiert ein Projekt der E.ON-Tochtergesellschaft Westnetz GmbH, bei dem Gewerbekunden mit 100 % Wasserstoff versorgt werden. Die Zielsetzung von H2Direkt, ein Gasteilnetz mit angeschlossenen Privathaushalten auf 100 % Wasserstoff umzustellen, ist in Deutschland ein Novum. Insofern haben die Ergebnisse des Feldtests eine sehr große Bedeutung.

Wasserstoff ist nicht gefährlicher als andere Energieträger, denn entweichender Wasserstoff verfliegt sofort. Wasserstoff ist 14-mal leichter als Luft, weder giftig, noch ätzend oder radioaktiv, entzündet sich nicht selbst und verbrennt mit farbloser Flamme rückstandsfrei.

Wasserstoff ist wie Erdgas auch ein leicht entzündliches Gas, daher gelten – ebenso wie bei Erdgas – hohe Anforderungen an die Dichtheit der Komponenten. Mithilfe des im Netzabschnitt verbauten Sensoriksystems werden eventuelle Gaslecks schnell erkannt und die Versorgung wird automatisch abgeriegelt. 

Wie Erdgas auch ist Wasserstoff geruchlos und wird daher in einer Odorierungsanlage mit einem deutlich wahrnehmbaren Geruchstoff versetzt. Das ist derselbe Geruchstoff wie bei Erdgas – riecht also genauso. Eventuelle Gaslecks können so schnell erkannt werden.

Wasserstoff und Erdgas haben unterschiedliche Eigenschaften, unter anderem sind die Verbrennungsgeschwindigkeit und -temperatur von Wasserstoff höher als bei Erdgas. Das Regelungssystem, das die Verbrennung des Gases in einer Therme steuert, muss daher für diese Bedingungen entwickelt und abgestimmt sein. Die grundlegende Funktionsweise der Heizung ist jedoch gleich.

Wasserstoffheizungen sind bereits in verschiedenen Forschungsprojekten in Deutschland im Einsatz, jedoch noch nicht kommerziell verfügbar. Es ist daher noch nicht klar, wie teuer diese Geräte für den Einsatz in Privathaushalten sein werden. Voraussichtlich werden die Anschaffungskosten bei Marktreife jedoch denen einer konventionellen Gasheizung ähnlich sein.

Durch den schrittweise steigenden CO2-Preis wird das Heizen mit fossilen Energieträgern zukünftig deutlich teurer. Alternativen sind (neben Pellets) die Umstellung auf grünen Wasserstoff oder eine elektrische Wärmepumpe. Bei beiden Alternativen sind ebenfalls Kostensteigerungen im Vergleich zum aktuellen Niveau zu erwarten. Der Wasserstoffpreis wird zukünftig abhängig von Verfügbarkeit und Herstellungsprozessen sein und muss sich am Marktpreis der anderen Energieträger messen. Es ist zu beachten, dass die politische Regulierung die Entwicklung der Heizkosten wesentlich beeinflussen wird. Die Preisdynamik ist daher noch nicht sicher absehbar.