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Wasserstoffimportinfrastruktur, techno-ökonomische Analyse

Die Bereitstellung überregionaler Importinfrastrukturen für Wasserstoff und dessen Derivate bildet das Rückgrat der zukünftigen industriellen Dekarbonisierung. Der techno-ökonomische Vergleich offenbart signifikante Kosten- und Effizienzunterschiede zwischen pipelinegebundenen Korridoren, flüssigen Trägermedien und chemischen Derivaten in Abhängigkeit von Transportdistanz und Infrastrukturauslastung. Eine integrierte Betrachtung von Wandlungsketten, Speicherkapazitäten und Terminalstrukturen ist daher essenziell für wirtschaftlich tragfähige Transformationsstrategien.

Ziel

Techno-ökonomische Bewertung überregionaler Wasserstoffimportpfade zur Identifikation kosteneffizienter Versorgungsoptionen für zentrale Industriezentren.

Methodik

Modellgestützte Lebenszykluskostenanalyse und Gestehungskostenberechnung basierend auf publizierten technischen Spezifikationen und Kostenkorridoren.

Wissenschaftliche Neuheit

Integrierte techno-ökonomische Modellierung der vollständigen Kette von Vektorkonversion, Transport und Rückwandlung unter Einbezug von Speichern.

Dokumentenvorschau

Dies ist eine kurze Vorschau. Die Vollversion enthält erweiterten Text für alle Abschnitte, ein Fazit und ein formatiertes Literaturverzeichnis.

Dissertation

DegreeType
Wasserstoffimportinfrastruktur, techno-ökonomische Analyse

Vorgelegt von:

Group

Vorname Nachname

Betreuer/in:

Prof. Dr. Vorname Nachname

Stadt, 2026

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Einleitung
Kapitel 1. Theoretische Grundlagen und Rahmenbedingungen der Wasserstoffwirtschaft
1.1 Physikalisch-chemische Eigenschaften von Wasserstoff und Derivaten
1.2 Globale Dekarbonisierungsziele und Importabhängigkeiten im Energiesektor
1.3 Systemische Einordnung überregionaler Transportvektoren
1.4 Regulatorischer Rahmen und internationale Standardisierung
Kapitel 2. Technologische Pfade der Wasserstofftransport- und Importinfrastruktur
2.1 Pipelinebasierte Transportnetzwerke und Umwidmung bestehender Gasinfrastruktur
2.2 Seegestützter Transport von Flüssigwasserstoff (LH2)
2.3 Flüssige organische Wasserstoffträger (LOHC) und Hydrierungsprozesse
2.4 Ammoniak als chemischer Vektor und Crack-Infrastruktur
2.5 Importterminals, Hafeninfrastrukturen und Dehydrierungsanlagen
Kapitel 3. Methodischer Ansatz zur techno-ökonomischen Bewertung
3.1 Systemgrenzen und Lebenszyklusorientierte Modellarchitektur
3.2 Modellierung von Investitions- und Betriebsausgaben (CapEx und OpEx)
3.3 Bestimmung der gesthungskostenbasierten Transport- und Bereitstellungskosten (LCOH)
3.4 Sensitivitätsanalyse bezüglich Transportdistanzen und Skaleneffekten
Kapitel 4. Techno-ökonomische Vergleichsanalyse von Importkorridoren
4.1 Pipeline-Korridore aus Nordafrika und Südeuropa
4.2 Übersee-Schiffsrouten für flüssige Träger und Ammoniak
4.3 Energetische Wirkungsgrade der Vektorkonversion entlang der Kette
4.4 Einfluss von Transportdistanz und Auslastungsgraden auf die Endkosten
Kapitel 5. Risikobewertung, Infrastrukturintegration und Speicherbedarfe
5.1 Notwendigkeit und Dimensionierung von Untertage- und Kavernenspeichern
5.2 Geopolitische Diversifikation und Versorgungssicherheit
5.3 Sicherheitsstandards, Leckagerisiken und Umweltwirkungen
Kapitel 6. Synthese, Handlungsempfehlungen und Transformationspfade
6.1 Strategische Pfadentscheidungen für Importländer
6.2 Phasenmodell für den Hochlauf der Terminal- und Netzkapazitäten
6.3 Wirtschaftspolitische Förder- und Risikoteilungsinstrumente
Diskussion und Limitationen
Eidesstattliche Erklärung
Fazit
Literaturverzeichnis

Einleitung

Die globale Transformation hin zu klimaneutralen Energiesystemen erfordert eine tiefgreifende Umgestaltung der industriellen und energetischen Wertschöpfungsketten, in denen molekulare Energieträger wie Wasserstoff eine Schlüsselrolle einnehmen. Da Regionen mit hoher Industriedichte ihren zukünftigen Bedarf an erneuerbarem Wasserstoff nicht vollständig durch heimische Erzeugung decken können, gewinnt die Etablierung grenzüberschreitender Versorgungsstrukturen existenzielle Bedeutung [1]. Der Aufbau einer resilienten Importinfrastruktur verlangt jedoch fundierte techno-ökonomische Bewertungen, um konkurrierende Trägeroptionen, Transportwege und Wandlungsschritte systemspezifisch zu bewerten.

Bisherige techno-ökonomische Modelle fokussieren sich häufig auf isolierte Segmente der Wertschöpfungskette oder vernachlässigen die dynamische Interaktion zwischen Transportdistanzen, Wandlungsverlusten und Auslastungsprofilen von Importterminals [3]. Während flüssige organische Träger und chemische Derivate wie Ammoniak Vorteile im konventionellen Schiffstransport aufweisen, verursachen Dehydrierungs- und Spaltprozesse erhebliche energetische Einbußen [1]. Demgegenüber stehen Pipelinekorridore und Flüssigwasserstoffrouten vor spezifischen technischen Herausforderungen hinsichtlich Investitionsvolumen und Boil-Off-Verlusten, was eine ganzheitliche Systemmodellierung zwingend erforderlich macht [4].

Die vorliegende Untersuchung adressiert diese Problemstellung durch eine vergleichende techno-ökonomische Analyse der relevanten Importrouten und Vektoren für den Wasserstoffhochlauf. Auf Basis lebenszyklusorientierter Kostenmodelle, standardisierter Gestehungskostenberechnungen und energetischer Wirkungsgradanalysen werden die wirtschaftlichen Bruchlinien verschiedener Vektorkonstellationen präzise identifiziert [2]. Ziel ist es, belastbare Entscheidungsgrundlagen für die Dimensionierung, Technologieauswahl und zeitliche Priorisierung industrieller Wasserstoffimportpfade bereitzustellen.

Durch die systematische Gegenüberstellung realer Transportkorridore, Hafeninfrastrukturen und Speichereinbindungen liefert diese Dissertation einen fundierten Beitrag zur Schließung der methodischen Lücke zwischen rein verfahrenstechnischen Prozessanalysen und makroökonomischen Energieszenarien [3].

3.1 Systemgrenzen und Lebenszyklusorientierte Modellarchitektur

Die methodische Fundierung der techno-ökonomischen Analyse erfordert eine präzise Festlegung der Systemgrenzen entlang der gesamten Bereitstellungskette vom Exportterminal bis zur Übergabestation des Importlandes. Zur Bestimmung der resultierenden Gestehungskosten wird ein lebenszyklusorientierter Modellansatz gewählt, der die getrennte Erfassung von kapitalgebundenen Investitionsausgaben sowie betriebsbezogenen Fix- und Variablenkosten ermöglicht [1]. Hierbei werden die technologiespezifischen Konversionsschritte wie Hydrierung, Verflüssigung oder Ammoniaksynthese mathematisch mit den distanzabhängigen Transportaufwendungen und den nachgelagerten Re-Konversionsprozessen verknüpft. Die ökonomische Bewertung basiert auf dem Konzept der Levelized Cost of Hydrogen, wodurch unterschiedliche technische Standzeiten und Degradationsverläufe harmonisiert vergleichbar werden [2]. Besondere Beachtung findet hierbei die dynamische Modellierung von Auslastungspfaden, da Unterauslastungen in der Hochlaufphase erhebliche Fixkostenbelastungen auf die transportierte Mengeneinheit umlegen [3]. Ergänzend werden energetische Wirkungsgradketten für jeden Trägerpfad hinterlegt, um den thermodynamischen Mehraufwand der Rückverstromung oder stofflichen Nutzung adäquat im Gesamtergebnis abzubilden.

Literaturverzeichnis

  1. Techno-Economic Analysis Of Hydrogen Storage Technologies For Transport Applications
    Fachri Munadi, Dijan Supramono
    DOI-Link
  2. Techno-Economic Analysis of a Hydrogen Production and Storage System for the On-Site Fuel Supply of Hydrogen-Fired Gas Turbines
    Thomas Bexten, Tobias Sieker, Manfred Wirsum
    DOI-Link
  3. Techno–economic assessment of a demand-driven international liquefied hydrogen supply chain for heavy duty trucks
    Guillaume Nathan F. NICOLAS, Akihisa Mori
    DOI-Link
  4. International Supply Chains for a Hydrogen Ramp-Up: Techno-Economic Assessment of Hydrogen Transport Routes to Germany
    Nicolas Wolf, Lucas Kühn, Michael Höck
  5. Hydrogen Supply Chain Network Optimisation in Australia – A technoeconomic analysis of the existing infrastructure value chain and potential avenues of growth
    Liam Young
  6. Hydrogen-powered aviation and its reliance on green hydrogen infrastructure – Review and research gaps
    Julian Hoelzen, Daniel Silberhorn, Thomas Zill et al.
  7. Techno-Economic Analysis and Optimization of Hydrogen and Mechanical Energy Storage Systems
    Pavitra Senthamilselvan Sengalani
  8. Techno-Economic Analysis of Underground Hydrogen Storage in Europe
    Mayukh Talukdar, Philipp Blum, Niklas Heinemann et al.

Bibliographie

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