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Wasserstofftankstellen

Sichere Betankung durch höchste Standards

Wasserstofftankstellen bzw. Hydrogen Refueling Stations (HRS) sind Füllanlagen zur Betankung von Fahrzeugen mit Wasserstoff. Die grundlegenden Regelwerke für HRS werden international in der ISO und der CEN. Durch die Anwendung von dort erarbeiteten Normen wird für entsprechende Schutzmaßnahmen und Interoperabilität gesorgt und potenziellen Schäden bei der Betankung vorgebeugt.

Für die Betankung mit gasförmigem Wasserstoff (GH2) haben sich zwei Druckstufen durchgesetzt: 35 MPa (350 bar) für schwere Nutzfahrzeuge und 70 MPa (700 bar) für PKW und ab 2028 auch für schwere Nutzfahrzeuge. Die Betankung mit flüssigem- (LH2) oder kryo-komprimiertem Wasserstoff (CcH2) erfolgt derzeit nicht in Deutschland. Zudem unterscheiden sich HRS durch ihre Zugänglichkeit. HRS können öffentlich zugänglich (klassische Tankstelle) oder nicht-öffentlich sein, z.B. Tankstellen für Betriebshöfe. Außerdem kann eine Tankstelle stationär oder mobil sein.

Die zentralen internationalen Normen zur Betankung von gasförmigem Wasserstoff an HRS ist die ISO-Normen-Reihe 19880-1 bis 19880-10. Weitere Wichtige technische und rechtliche Regelwerke sind unter anderem die AFIR, UN ECE-R134, ISO 19880-1, DIN EN 17127, BetrSichV, GefStoffV, TRBS+TRGS, ÜAnlG, BImSchG/BImSchV.

AFIR

Alternative Fuel Infrastructure Regulation

Die Alternative Fuels Infrastructure Regulation (AFIR) ist eine EU-Verordnung, welche die Alternative Fuels Infrastructure Directive (AFID) ersetzt. Sie ist für EU-Mitgliedstaaten sofort verpflichtend.

Die AFIR legt Ziele im Bereich der Wasserstoffbetankung- und Ladeinfrastruktur, landseitige Stromversorgung für See- und Binnenschifffahrt und Bodenstromversorgung (d.h. in der Luftfahrt) fest. Die AFIR enthält weiterhin Regelungen hinsichtlich Marktkontrollen, gemeinsamer Standards, Berichtspflichten und Verpflichtungen für Infrastrukturbetreiber.

Für die Wasserstoffinfrastruktur bedeutet das: Bis 2031 muss entlang des Transeuropäischen Verkehrsnetzes (TEN-V) im Abstand von maximal 200 km und in urbanen Knoten eine Wasserstofftankstelle existieren. Diese muss eine 700-bar-Betankung ermöglichen und eine Kapazität von mindesten einer Tonne Wasserstoff pro Tag aufweisen. „Entlang“ des TEN-V-Netzes bedeutet, dass die HRS eine Entfernung vom TEN-V-Netz 10 km nicht überschreiten darf.

In der AFIR sind bestimmte Normen festgeschrieben, deren Einhaltung hierdurch verpflichtend sind. Von Bedeutung ist im Bereich Wasserstoffinfrastruktur die EN 17124, welche Anforderungen an Wasserstoffqualität zur Betankung im Straßenbereich festlegt; die EN 17127, welche Anforderungen an die HRS festlegt; und die EN 17268, welche den Betankungsstutzen festlegt.

Die Berichtspflicht der AFIR fordert von den Mitgliedsstaaten einen Nationalen Strategierahmen (NSR). In diesem Papier sollen die Mitgliedsstaaten der EU-Kommission ihre Umsetzung zur Erreichung der Ziele erörtern. Dieser muss bis Ende 2025 bei der EU-Kommission eingereicht werden.

Stationäre HRS

Genehmigung

Mit dem Genehmigungsleitfaden für Wasserstofftankstellen (HRS) stellt die NOW GmbH Informationen rund um den Genehmigungsprozess zur Verfügung. Erstellt wurde dieser in Zusammenarbeit mit Behörden und Industriepartnern.

Kern der Broschüre ist der Genehmigungsleitfaden nach Erlaubnisverfahren § 18 BetrSichV. Hierzu werden vertiefende Informationen sowie Best Practice Erfahrungen zusammengefasst. Des Weiteren beinhaltet der Leitfaden Checklisten der gängigen Unterlagen und Gutachten, Informationen zu relevanten Akteuren sowie den Genehmigungs-Prozess als Muster-Schaubild. Die Publikation hat nicht den Anspruch eines Regelwerks, sondern soll Genehmigungsverfahren für Wasserstofftankstellen unterstützen und Orientierung bieten.

Der Leitfaden richtet sich in erster Linie an Investoren, Tankstellenbetreiber sowie an Behörden und Überwachungsorganisationen. Des Weiteren soll er Investoren, Bauherren und Betreibern von HRS-Anlagen sowie regionale und lokale Behörden bei Genehmigungsabläufen unterstützen. Hierbei werden technische, sicherheitsrelevante und genehmigungsrechtliche Punkte berücksichtigt.

Abgedeckt werden HRS-Tankstellen für Straßenfahrzeuge und öffentlich zugängliche Tankstellen mit einem maximalen H2-Lagertankvolumen von weniger als drei Tonnen. Die rechtlichen Voraussetzungen für den weiteren Betrieb von HRS-Lieferfahrzeugen werden im Leitfaden nicht aufgeführt. Ebenso ist der Befüll-Vorgang des HRS-Niederdrucktanks kein Bestandteil der Broschüre.

Im Rahmen des Leitfadens wurden aktuelle nationale Regelungen für die Bundesrepublik Deutschland berücksichtigt. Auf die unterschiedlichen Regelungen in den jeweiligen Bundesländern wird nicht eingegangen.

ISO 19880 Reihe

Die zentrale Norm für Wasserstofftankstellen (HRS) ist die ISO 19880-Normen-Reihe: ISO 19880-1 bis ISO 19880-10. Sie verfügt über einen allgemeinen Teil, die ISO 19880-1, welcher die Basis für die weiteren spezifischeren Teile bildet.

Die ISO 19880-2, bis ISO 19880-7 beschreiben verschiedene Komponenten der HRS, wie beispielsweise Abgabeeinrichtung (ISO 19880-2) oder Absperrvorrichtungen (ISO 19880-3). Für die beschriebenen Komponenten oder ihre Einzelteile gibt es meist eigenständige Normen, auf die in der ISO 19880-Reihe verwiesen wird. Die ISO 19880 bindet also oft die einzelnen Komponenten in den spezifischen Anwendungsbereich der HRS ein.

Die ISO 19880-8 und ISO 19880-9 sind Normen zur korrekten Bestimmung der Wasserstoffqualität an Tankstellen. Diese Normen verweisen auf die ISO 14687, welche die unterschiedlichen Grade der Wasserstoffqualität definiert. Für Anwendungen in Brennstoffzellen wird Grade D (H2-Reinheit von 99,97%) gemäß der ISO 14687 empfohlen, da das Gas so möglichst Schwefelfrei vorliegt. Dieser Qualitätsgrad ist auch in der Norm DIN EN 17124 festgehalten. Die DIN EN 17124 ist die europäische Norm für Wasserstoff als Kraftstoff und wurde in der AFIR und in der BImSchV festgeschrieben. Dadurch darf in Europa an öffentlichen Wasserstofftankstellen nur Wasserstoff mit Brennstoffzellenqualität vertankt werden.

Mobile HRS

Genehmigung

Eine mobile Wasserstofftankstelle (mobile HRS) ist eine ortsbewegliche HRS. Hier gilt zusätzlich zu den Anforderungen an die stationäre HRS auch die Ortsbewegliche-Druckgeräte-Verordnung (ODV). Die ODV setzt die EU-Richtlinie „Transportable Pressure Equipment Directive“ (TPED) um. 

Des Weiteren gilt beim Transport von Wasserstoff und die Zulassung von Fahrzeugen die Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnenschifffahrt (GGVSEB), welche sich aus dem Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR) ergibt.

Bedeutsam im Bereich der mobilen HRS sind zudem die technischen Regeln TRBS 3151/TRGS 751, welche die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) und Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) konkretisieren und einen Anhang enthalten, welcher technische Regeln speziell für mobile HRS beschreibt.

Derzeit befindet sich eine Norm zu mobilen HRS, die ISO 19880-10, im Vorbereitungszustand. Diese soll verschiedene technische Spezifikationen aber auch Informationen zur Sicherheit, Inspektion und Prüfung einer mobilen HRS beinhalten. 

Derzeit werden mobile HRS von wenigen Akteuren hergestellt und angeboten. Meist bieten die Hersteller auch Unterstützung während der Aufstellung und für die Genehmigung an.

Aufstellung einer mobilen HRS an einem neuen Ort

Das ausschlaggebende Merkmal einer mobilen Wasserstofftankstelle (mobile HRS) ist die Ortsbeweglichkeit. Für die Aufstellung einer mobilen HRS an einem neuen Ort muss nicht das vollständige Genehmigungsverfahren erneut durchlaufen werden. Allerdings müssen trotzdem eine Vielzahl an Auflagen eingehalten werden, welche die spontane Ortsbeweglichkeit einer mobilen HRS einschränken. 

Die mobile HRS darf erst nach Ausstellung einer Bescheinigung durch eine zugelassene Überwachungsstelle (siehe BetrSichV) in Betrieb genommen werden. Dafür muss geprüft werden, ob die Vorgaben der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV), der Gefahrenstoffverordnung (GefStoffV) und des Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG) weiterhin eingehalten werden. Zudem muss das Gesetz über überwachungsbedürftige Anlagen (ÜAnlG) und die Angaben im Prüfbericht der DEKRA eingehalten werden. Des Weiteren sollen die örtlich zuständigen Behörden informiert werden und ein Ortstermin soll ihnen ermöglicht werden. Außerdem ist die mobile HRS nach VdTÜV 965 Teil 1-3 mit einem ausgewiesenen Anfahrschutz zu sichern.

Betankung

Stutzen

Gasförmiger Wasserstoff muss an einer H35- und/oder H70-Fülleinrichtung (350 bar oder 700 bar) über entsprechend bewertete Komponenten abgegeben werden, wobei der Abgabestutzen kompatibel mit dem Fahrzeug sein muss, die der EN ISO 17268 entsprechen und in der AFIR vorgeschrieben ist. Eine einheitliche Norm zum Füllstutzen für LH2 ist mit ISO 25578 in Planung. Des Weiteren befinden sich eine Norm für einen Heavy-Duty-Stutzen für komprimierten gasförmigen Wasserstoff (CGH2) durch die ISO 17268-2 und einen Stutzen für kryo-komprimierten Wasserstoff (CcH2) durch die ISO 17268-3 in Planung.

Die Wasserstoffqualität am Zapfventil für die Anwendung in Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEV) mit PEM-Brennstoffzelle muss Schwelfrei sein und gemäß Alternative Fuels Infrastructure Regulation (AFIR) den Anforderungen der EN 17124 entsprechen. Dies entspricht dem Grade D in ISO 14687, während für Wasserstoff-Verbrenner sowohl Grade D als auch der im Anhang von ISO 14687 beschriebenen Grade F verwendet werden könnte.

Betankungsprotokoll

Anforderungen an die Abgabe von gasförmigem Wasserstoff sind in der ISO 19880-1 bzw. auf europäischer Ebene in der DIN EN 17127 festgelegt. Diese Norm bestimmt die Grundbedingungen für die eigentlichen Betankungsprotokolle, die in der ISO 19885-1 beschrieben werden. Die ISO 19880-1 schreibt verschiedene Pre-Tests, Störungstests, Reaktionstests, Kapazitätsprüfungen und optionale Implementierungstests vor.

Durch die ISO 19885-1 werden Betankungsgeschwindigkeiten bis 120 g/s und Betankungsvolumina bis 10 kg für fast alle Fahrzeugtypen ermöglicht. Um höhere Betankungsgeschwindigkeiten und Volumina im Heavy-Duty (HD) Fahrzeugbereich zu ermöglichen, wird derzeit ein HD-Betankungsprotokoll durch die ISO/TC 197/WG 24 erarbeitet, die ISO 19885-3. Dieses Protokoll speist sich aus dem ISO 19885-1, der Vorarbeit im PRHYDE Projekt und der SAE J 2601/5. Die ISO 19885-3 sollte zudem mit den bereits erstellten Arbeiten kompatibel sein, um Interoperabilität zu gewährleisten und Fehlanpassungen zwischen allen Anforderungen zu vermeiden.  Das Heavy-Duty Protokoll soll für HD-Fahrzeuge eine Maximalbetankung von 300 g/s und 200 kg pro Tankvorgang ermöglichen.

ISO-Reihe ISO 19885-1, ISO 19885-2 und ISO 19885-3

  • ISO 19885-1 dient der allgemeinen Definition und Entwicklung eines Betankungs­protokolls und wurde bereits veröffentlicht.
  • ISO 19885-2 dient der Definition für die Kommunikation der Schnittstelle zwischen Fahrzeug und HRS.
  • ISO 19885-3 definiert das HD-Betankungsprotokoll.
 
 

Der Betankungsvorgang von flüssigem Wasserstoff muss gemäß ISO 13984 durchgeführt werden. Eine Norm zur Betankung von kryo-komprimierten Wasserstoff (CcH2), die ISO 24925, wird derzeit entwickelt.

Besteuerung

Die Basis der Wasserstoffbesteuerung bildet die europäische Energy Taxation Directive (ETD) und wird national im Energiesteuergesetz (EnergieStG) umgesetzt.

Bei der Nutzung von Wasserstoff als Energieträger zur Erzeugung mechanischer Energie in einem Verbrennungsmotor, ist Wasserstoff laut EnergieStG als Kraftstoff definiert und muss daher äquivalent zu Erdgas besteuert werden (Äquivalenzprinzip). Der Steuerschuldner ist beim Vertanken zu Verbrennungsmotoren laut EnergieStG der Rechnungssteller. Auch beim Betreiben von Turbinen unterliegt Wasserstoff dem Energiesteuergesetz, da es sich hier ebenfalls um eine Umwandlung in mechanische Energie handelt.

Bei der Betankung an ein Brennstoffzellenfahrzeug fällt durch einen entsprechenden Definitionsmangel im EnergieStG zur Zeit keine Steuer an. Mit einer geplanten Novellierung der ETD könnte sich dies jedoch ändern.

Transport von Wasserstoff

Die europaweite effiziente Verteilung des erzeugten oder importierten grünen Wasserstoffs ist eines der Kernaufgaben beim Ausbau der Wasserstoffinfrastruktur. Dabei sollen in Zukunft unterschiedliche Verteilungstechnologien und verschiedene Zustände des Wasserstoffs angewandt werden.

Während beim Transport von komprimiertem oder verflüssigtem Wasserstoff eher Regularien zum Transport mit Druck- und Kryobehältern zum Tragen kommen (z.B. Druckgeräterichtlinie (PED), Ortsbewegliche Druckgeräterichtlinie (TPED), Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV), ATEX-Richtlinie), sind für den Transport als chemisches Derivat wie LOHC oder NH3 Regularien zur Chemikaliensicherheit (z.B. REACH, GefStoffV) relevant. Eine wichtige Norm im H2-Transportbereich ist die EN 17339, welche die Bedingungen ortsbeweglicher Gasflaschen für Wasserstoff bestimmt.

Für den Transport ist zudem entscheidend, welchen Zustand Wasserstoff hat. Hierbei unterscheidet sich, je nach Zustand des Wasserstoffs, vor allem die Art der Speicherung. Dementsprechend sind je nach Speicherart auch unterschiedliche Normungswerke zu beachten.

Pipeline

Der Transport von Wasserstoff und dessen Derivate via Pipeline ist die langfristig günstigste Methode, um große Mengen Wasserstoff über weite Strecken zu verteilen. Jedoch hat ein Pipelinenetz sehr hohe Investitionskosten und wird sich kurzfristig nicht amortisieren. In diesem Zusammenhang wäre es vorteilhaft, das schon bestehende (und im Zuge der Energiewende auslaufende) Erdgaspipelinenetz auf Wasserstoff oder dessen Derivate umzustellen. Entsprechende ISO-Normen werden zurzeit entwickelt.

Bei der Umstellung des Pipelinenetzes ist auf die Wasserstoffqualität zu achten. Hierbei kann der Anhang D der DVGW G260 Anwendung finden. Die technischen Bedingungen sind in der DVGW-G 463 und DIN EN 1594 festgelegt. Rechtlich ist bezüglich der Umstellung des Pipelinenetzes das Energiewirtschaftsgesetz (EnWG), die Verordnung über Gashochdruckleitungen (GasHDrLtgV) und die Anreizregulierungsverordnung (ARegV) von hoher Bedeutung. Für Themen rund um die Sicherheit der Pipeline kann auf die ISO 15916 verwiesen werden. Zurzeit wird noch zwischen den europäischen Mitgliedsstaaten diskutiert, welche Reinheit im Gesamtnetz angestrebt werden soll. Ein möglicher Zielwert ist eine Reinheit von 99,5 %.

Ein Szenario für die erste Ausbaustufe des H2-Kernnetzes wurde im EnWG festgelegt. Die Wasserstoff-Kernnetz-Genehmigung sieht ein H2-Netz mit einer Länge von 9700 km vor, wobei 40% neu zu verlegende Leitungen und 60% umgestellte Erdgasleitungen sein sollen. Die Investitionskosten sollen voraussichtlich bei 18,9 Milliarden Euro liegen.

Die Deutsche Energie-Agentur (dena) und die NOW haben gemeinsam eine Studie erarbeitet, welche die Versorgung der H2-Tankstelleninfrastruktur in Deutschland über ein Pipeline-Netz untersucht. Im Ergebnis dieser Studie, wurde eine Versorgung Wasserstofftankstellen (HRS) per Lkw von einem H2-Hub, der an das H2-Kernnetz angeschlossen ist, aus technischer und wirtschaftlicher Sicht als besonders vorteilhaft bewertet. Die Studie umfasst ebenfalls bedeutende Handlungsempfehlungen für den Ausbau der H2-Pipeline- und HRS-Infrastruktur.

Trailer und Schiene

Der Transport von gasförmigem und flüssigem Wasserstoff mittels Trailer auf der Straße und per Schiene unterliegt der Ortsbewegliche-Druckgeräte-Verordnung (ODV) beziehungsweise der Richtlinie über ortsbewegliche Druckgeräte (TPED) auf EU-Ebene und national dem Gefahrgutrecht. Die Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnenschifffahrt (GGVSEB) konkretisiert das Gefahrgutbeförderungsgesetz (GGBefG). Diese Gesetze übertragen das Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf der Straße (ADR) und die Ordnung für die internationale Eisenbahnbeförderung gefährlicher Güter (RID) auf nationales Recht.

Ein zentraler Entwicklungsbedarf betrifft die Interoperabilität zwischen Straße (ADR), Schiene (RID), Binnengewässer (ADN) und Seeschifffahrt (IMDG-Code). Hier muss geklärt werden, wie ein unkomplizierter regulatorischer Übergang zwischen den Verkehrsmitteln aussehen kann, um einen ungebrochenen Wasserstofftransport zu ermöglichen. 

Die Zulassung von Brennstoffzellenfahrzeugen (FCEV) für den Gefahrenguttransport, d.h. auch der Transport von Wasserstoff, ist ab dem 01.01.2025 für die Gefahrgutklassen FL und AT möglich. Für batteriebetriebene Fahrzeuge (BEV) für den Gefahrenguttransport ist schon seit 2023 eine Zulassung erlaubt.

Schiff

Neben der Ortsbeweglichen-Druckgeräte-Verordnung (ODV) gilt bei Schiffen die Gefahrengutverordnung See (GGVSee), welches den internationalen IMDG-Code umsetzt. Die GGVSee konkretisiert außerdem das Gefahrengutbeförderungsgesetz. Auf Binnengewässer gilt hingegen die Gefahrgutverordnung Straße, Eisenbahn und Binnenschifffahrt (GGVSEB), welche die Anforderungen des Europäische Übereinkommen über die internationale Beförderung gefährlicher Güter auf Binnenwasserstraßen ADN umsetzt.

Im Bereich des Schifftransports ist vor allem der Transport von flüssigem Wasserstoff (LH2) für die Zukunft von Bedeutung.  Die weltweite Flotte an Wasserstofftankern besteht derzeit nur aus wenigen ersten Schiffen. Ein Beispiel ist der Wasserstofftanker Suiso Frontier von Kawasaki Heavy Industries.  Für den Transport von flüssigem Wasserstoff im Schiffsbereich ist der International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquified Gases in Bulk (IGC-Code) von besonderer Relevanz.  

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