Neue Veröffentlichung: Entwurf eines Wasserstoff-Bereitstellungsnetzwerks für die Luftfahrt: Modellentwicklung und Fallstudie für deutsche Flughäfen im Jahr 2050

Zusammenfassung:
Diese Studie formuliert ein auf die Luftfahrt zugeschnittenes HSCN-Designproblem (Hydrogen Supply Chain Network). Das Modell minimiert die Gesamtsystemkosten durch die Auswahl von Standorten, Kapazitäten, Transportarten und -strömen entlang der gesamten Wertschöpfungskette: erneuerbare Elektrizität → Elektrolyse → gasförmiger Wasserstoff → Verflüssigung → Speicherung von flüssigem Wasserstoff → Betankung am Flughafen. Es berücksichtigt ausdrücklich die räumliche Variabilität der Kosten für erneuerbare Elektrizität, die techno-ökonomischen Eigenschaften von Verflüssigung/Speicherung/Transport (einschließlich Skaleneffekten und Handhabungsverlusten) sowie den Unterschied zwischen gasförmigen und flüssigen Transportarten. Die Fallstudie für Deutschland mit dem Zieljahr 2050 (23 größte Flughäfen, 16 Bundesländer als Produktionszentren, EHB-Backbone-Prognose) zeigt, dass eine stark konsolidierte Lieferantenstruktur (nur sechs ausgewählte Lieferanten) und pipelinegestützte Lösungen dominieren, wenn Pipelines verfügbar sind – getrieben durch Skaleneffekte und die prognostizierte Infrastruktur. In vielen optimalen Lösungen wird Wasserstoff in gasförmiger Form über Pipelines transportiert und in der Nähe von Flughäfen verflüssigt; Lkw wurden unter den Szenarioannahmen nicht ausgewählt. Das Modell wurde in Python implementiert und mit SCIP und Gurobi gelöst.

Wichtigste Highlights:

• Ein MILP-Framework für die Gestaltung einer luftfahrtspezifischen Wasserstoffbereitstellungskette, das die Bereiche Produktion, Verflüssigung, Speicherung und Transport abdeckt.
• Räumlich aufgelöste techno-ökonomische Modellierung von erneuerbarer Energie, Verflüssigung und Transport.
• Eine Fallstudie (Deutschland, Zieljahr 2050) zeigt die Konsolidierung der Lieferanten und die vorherrschende Nutzung von Pipelines, wenn eine Backbone-Infrastruktur verfügbar ist.
• Kostenminimierende Netzwerke begünstigen die Versorgung von Flughäfen durch Lieferanten mit hoher Flughafendichte, trotz höherer lokaler Produktionskosten, was zeigt, dass Skaleneffekte eine Rolle spielen.
• Das Modell zeigt, dass die Beförderung von Wasserstoffgas über Pipelines und die Verflüssigung an Flughäfen unter den prognostizierten Rahmenbedingungen oft optimal ist.

Zugriff:

A. Ögrük, R. Marx, C. Thies, S. Stiller, Green Hydrogen Supply Chain Network Design for Aviation: Model Development and Case Study for German Airports in 2050, in: G. Voigt et al. (eds.), Operations Research Proceedings 2023, Lecture Notes in Operations Research, Springer Nature Switzerland AG, 2025. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-58405-3_58