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TRANSFORMATION DER GASNETZE: SYNERGIEN ZWISCHEN WASSERSTOFF, GRÜNEM METHAN UND CO2 

Das vom Bundeswirtschaftsministerium veröffentlichte Green Paper zur Transformation der Gas- und Wasserstoff-Verteilnetze setzt zur Diskussion zum Umgang mit den Gasnetzen an. In der Transformation hin zu einem erneuerbaren Energiesystem müssen die Synergien zwischen Wasserstoff, grünem Methan und CO2 auch in der Infrastruktur beleuchtet werden. 

Aus Sicht von Landwärme muss die Transformation der Gasinfrastruktur  in enger Verzahnung mit weiteren energiepolitischen Entscheidungen erfolgen. Dabei empfiehlt sich eine Berücksichtigung der folgenden Aspekte in der Diskussion:

  • Die Transformation sowie der mögliche Neubau von Infrastruktur muss maßgeblich den politischen Zielvorgaben für den künftigen Energiemix folgen: Auf Grundlage der europäisch und national festgelegten Erneuerbare-Energien-Ziele muss entsprechende Infrastruktur geplant bzw. bereitgestellt werden. Es ist zwar ein Ausstieg aus Erdgas geplant; neben Wasserstoff ist auch grünes Methan (Biomethan und synthetisches Methan) vorgesehen.
  • Die bestehende Infrastruktur kann und sollte für die Nutzung grünen Methans fortgeführt und mit der gezielten Errichtung neuer Wasserstoff- und CO2-Netze sinnvoll verzahnt werden.
  • Darüber hinaus wird vor dem Hintergrund des künftigen Umgangs mit CO2 (Carbon Management) Transportinfrastruktur für CO2 benötigen.
  • Weiterhin sind die veränderten Gasbedarfe sowie die Wirtschaftlichkeit, Effizienz und die richtige Verteilung der Energieträger zu den Endanwendungen zu berücksichtigen.
  • Der Anschluss von Biogassammelleitungen ermöglicht eine kosteneffiziente Biomethanerzeugung, eine zentrale Einspeisung sowie langfristige Spitzenlaststromerzeugung.

BESTEHENDE INFRASTRUKTUR FÜR DEN TRANSPORT VON GRÜNEM METHAN WEITERNUTZEN

Biomethan ist in vielen Bereichen ein direkter, umweltfreundlicher Ersatz für Erdgas. Grünes Methan wird dezentral in Deutschland und Europa erzeugt, über das Verteilnetz der mittleren Druckebene eingespeist und über das Fernleitungsnetz transportiert. Die bestehenden und auch die zukünftigen Biomethananlagen sind in ganz Deutschland und auch in Europa verteilt. So leistet Biomethan durch die heimische Erzeugung zudem einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgungssicherheit.

Schon heute erfolgt der Transport von (grünem) Methan zu den Verbrauchspunkten über die bestehende Gasnetzinfrastruktur, wofür das Gasnetz auch langfristig benötigt wird. Die Dezentralität des bestehenden Erdgasnetzes ist demnach notwendig für die Nutzung des Potenzials von dezentral erzeugtem Biomethan und sollte entsprechend für die Weiternutzung mit Biomethan weiter betrieben werden.

Zum anderen ergibt sich die Notwendigkeit der Weiterführung eines Methannetzes aus der Versorgung des überregionalen Bedarfs und der Abwicklung von Importen: Grünes Methan wird künftig insbesondere in industriellen Großanwendungen, aber auch als Bio-LNG-Kraftstoff im Schwerlast- sowie Schiffsverkehr Einsatz finden. Darüber hinaus ermöglicht diese Weiternutzung die Verwendung des Gasnetzes als Energiespeicher mit seinen über 250 TWh.

BIOMETHANAUSBAUPLÄNE DER EU AUCH IN DER INFRASTRUKTURPLANUNG MITEINBEZIEHEN

VERÄNDERTEN GAS- UND ENERGIEBEDARF BERÜCKSICHTIGEN 

Zentrale Punkte, die in Bezug auf die Wärme- und Versorgungspläne zu bedenken sein werden, sind der Bedarf an Energie sowie der Standort der Energieerzeugung. Im Zuge der Elektrifizierung wird die Energie- und vor allem Wärmeversorgung der Haushalte und Endverbraucher primär über erneuerbaren Strom oder Wärme erfolgen, also vorwiegend über das Strom- und Wärmenetz. Ob eine Anbindung einzelner Haushalte oder Bürogebäude an Wasserstoff, beispielsweise für die Wärmeanwendung sinnvoll ist, ist diskutabel. Auch im Green Paper wird dieser Aspekt kritisch betrachtet.

Der Einsatz (grünen) Wasserstoffs wird künftig voraussichtlich fokussiert in der Spitzenlaststromerzeugung und in der Chemie- und Stahlindustrie, also auf Industrieebene, kaum aber auf Endverbrauchsebene erfolgen. Demnach ist eine pauschale Umstellung der Verteilnetze auf Wasserstoff nur bedingt notwendig. Stattdessen könnte der Neubau eines Wasserstoff-Kernnetzes und die Umwidmung einzelner Interkontinentalleitungen für den Transport von H2 über lange Strecken zweckdienlicher sein. Vor allem aber sind dezidierte Wasserstoffpipelines so zu planen, dass sie eine sinnvolle Wasserstoffnutzung in der Chemie sowie in Spitzenlastkraftwerke abdecken.

CARBON MANAGEMENT: CO2-INFRASTRUKTUR MITDENKEN 

Vor dem Hintergrund des künftigen Umgangs mit CO2 muss darüber hinaus die Transportinfrastruktur zum Ab- und Weitertransport mitgedacht werden. So kann es Sinn machen, parallel zum Aufbau des Wasserstoffnetzes gleichzeitig CO2-Leitungen verlegt werden, um die künftigen CO2-Ströme effizient zu verteilen. Schließlich haben wasserstoffintensive Industrien oft nicht nur hohen CO2-Bedarf (Carbon Capture and Usage, CCU), sondern sind auch selbst CO2-Quellen. Gleichzeitig ermöglichen CO2-Pipelines den effizienten Transport hin zu Endlagerstätten, in denen das CO2 permanent gespeichert wird (CCS). Zu berücksichtigen ist hier zudem die geographische Lage Deutschlands als Transitland für CO2 auf dem Weg zu Speicherstätten wie beispielsweise der Nordsee.

NETZEFFEKTIVITÄT OPTIMIEREN DURCH BIOGASSAMMELLEITUNGEN 

Um die Potenziale der deutschen Biogas- und Biomethanerzeugung vollständig zu nutzen, ist über die genannten Punkte hinaus die Errichtung von Biogassammelleitungen sinnvoll. Durch den Anschluss mehrerer kleinerer Biogasanlagen kann die Aufbereitung zentral dort erfolgen, wo ohnehin Gasleitungen verlegt sind: Solche Biogassammelleitungen ermöglichen also eine zentrale Einspeisung an einem Anschlusspunkt.

Zudem ermöglichen Biogassammelleitungen eine Spitzenlaststromerzeugung. Bereits flexibilisierte Biogas-Blockheizkraftwerke (BHKW) können damit noch weiter flexibilisiert werden: Bei Anschluss der Biogasanlage an die Sammelleitung kann das Biogas entweder per Default in die gesammelte Aufbereitung gegeben werden – oder bei Dunkelflauten einen Spitzenlastausgleich bereitstellen, auch über die EEG-Förderung hinaus. So können sie als zusätzliche Reservekapazität zur flexiblen Stromerzeugung fungieren und zusätzlichen Return on Investment generieren.

Das bei der Erzeugung von Biomethan anfallende CO2, das künftig im Rahmen von CCS und CCU entweder industriell genutzt oder gespeichert wird, kann ebenfalls effizient über die Sammelleitungen transportiert werden – und über die Schnittstellen an das CO2-Verteilnetz übertragen werden.

Auf einen Blick – veränderter Gas- und Netzbedarf:

  • Auf unterster Verteilebene wird es keinen Erdgasbedarf mehr geben, sodass eine Stilllegung der niedrigsten Verteilebene sinnvoll sein kann. Das muss jedoch je nach regionalen Gegebenheiten bewertet werden.
  • In einem Methanmischszenario (Biomethan und synthetisches Gas) wird die übergeordnete Infrastruktur perspektivisch weiterhin notwendig sein: In solchen Regionen, in denen Biomethananlagen, Kraftwerke, (Bio-)CNG- und (Bio-)LNG-Tankstellen oder Gasspeicher stehen, bedarf es eines Anschlusses an die Netze der mittleren und hohen Druckstufen.
  • Es sollte zwischen der Anbindung an Endverbraucher („B2C“) und Industrien („B2B“) differenziert werden. Dabei ist es notwendig, einen Transformationsplan zu entwerfen, der sowohl ein B2B-Netz für grünes Methan als auch ein B2B-Netz für (grünen) Wasserstoff berücksichtigt.

VERKNÜPFUNG VON NETZEN FÜR GRÜNES METHAN, WASSERSTOFF UND CO2 

Um die veränderten Gasbedarfe abzubilden und eine langfristige Versorgung mit grünen Gasen gewährleisten, bedarf es also einer sinnvollen Umstellung des Bestandsnetzes auf grünes Methan sowie die Errichtung neuer Wasserstoff- und CO2-Netze.  Eine zielgerichtete Verknüpfung der Schnittstellen von künftigen Wasserstoff-, CO2– und Methanleitungen ermöglicht zudem Sektorenkopplung und bedarfsgerechte Umschaltung: So kann mit Wasserstoff und CO2 eine Methanisierung stattfinden oder umgekehrt aus Methan Wasserstoff und CO2 erzeugt werden. So können sinnvolle Synergien geschaffen und der Weg zu einer Transformation hin zu einem klimapositiven Energiesystem geebnet werden.

Bildquelle: tomas | Adobe Stock

NATIONALE BIOMASSESTRATEGIE: ENERGETISCHE NUTZUNG MIT BIOMETHAN SICHERT NACHHALTIGE ENERGIEVERSORGUNG

Der aktualisierte Entwurf der Nationalen Biomassestrategie räumt zwar Biogas und Biomethan eine Rolle ein. Damit sie jedoch ihren langfristigen Klimabeitrag leisten können, bedarf es weiterer Nachjustierung, auch, um CO2 wieder aus der Atmosphäre zu nehmen.

Um Biomasseströme künftig bestmöglich, zielgerichtet und nachhaltig zu lenken, erarbeiten das Bundesumweltministerium (BMUV), das Bundeslandwirtschaftsministerium (BMEL) und das Bundeswirtschaftsministerium (BMWK) eine Nationale Biomassestrategie. Nach dem Erstentwurf im Oktober 2022 hat der im Februar diesen Jahres bekannt gewordene neue Entwurf einen großen Schritt nach vorn gemacht und sieht für Biogas und Biomethan nun – anders als in der Erstfassung – eine Rolle vor. So soll Biogas vornehmlich als Flexibilitätsoption im Stromsektor zum Ausgleich von Wind- und Solarkraft verstärkt genutzt werden. Darüber hinaus setzt die NABIS vor allem auf Nachhaltigkeit und die Nutzung von vornehmlich Rest- und Abfallstoffen, Gülle oder Zwischenfrüchte.

Zugleich enthält der Entwurf große Einschränkungen für die energetische Nutzung von Biomasse und sieht einige Hemmnisse vor. Damit Biogas und Biomethan einen signifikanten Beitrag zu einer nachhaltigen, verlässlichen und insbesondere klimafreundlichen Energieversorgung leisten können, bedarf es weiterer Anpassungen. Dabei sind folgende Punkte zu beachten:

  1. Biomasse muss differenziert betrachtet werden.
  2. Die stoffliche und energetische Nutzung der einzelnen Biomassearten muss sinnvoll kaskadiert und bestenfalls kombiniert werden.
  3. Eine energetische Nutzung von Biomasse darf nur noch im Zusammenspiel mit Carbon Direct Removal bzw. Carbon-Capture-and-Storage (CCS-)Technologien erfolgen.
  4. Die Energieerzeugung aus Biomasse darf nicht auf eine Brückentechnologie reduziert werden, da sie grünen Wasserstoff und erneuerbaren Strom perfekt ergänzt.

Damit die NABIS also wirklich ein sinnstiftendes, umfassendes Konzept darstellen kann, muss noch an einigen Stellschrauben gedreht werden. Der wichtige Beitrag von Biomasse als Energiequelle muss weiterhin aufrechterhalten und nachhaltig ausgestaltet werden.

BIOENERGIE SCHON HEUTE MIT WICHTIGER ROLLE BEI NACHHALTIGER ENERGIEERZEUGUNG

1. DIFFERENZIERTE BETRACHTUNG VON BIOMASSE

Der Begriff Biomasse repräsentiert eine Vielfalt an natürlichen Rohstoffen. Biomasse bezeichnet sowohl Altpapier als auch die Apfelreste im Mülleimer, und schließt zudem Wald und Wiese sowie Landwirtschaft und landwirtschaftliche Nebenprodukte wie Gülle mit ein. Eine nationale Strategie muss demnach auch die Verwertung von Biomasse differenzieren.

Um für verschiedene Arten von Biomasse die optimale Verwertung zu sichern, müssen die Nachhaltigkeitskriterien überarbeitet werden. So ist beispielsweise Holz anders zu bewerten als Abfall- und Reststoffe oder Zwischenfrüchte. Holz ist in der stofflichen Nutzung, insbesondere im Baugewerbe am sinnvollsten eingesetzt, Altholz hingegen in Müllheizkraftwerken – in Verbindung mit Carbon Capture and Storage (CCS).

Für organische Rest- und Abfallstoffe wie Inhalte der Biotonne ist, wie im Entwurf vorgeschlagen, eine Vergärungspflicht mit anschließender Fermentierung und damit eine energetische Nutzung in Form von Biomethan sinnvoll. So können die Potenziale für Energieerzeugung und Negativemissionen deutlich gehoben werden.

Um die Bodenqualität zu verbessern und Stickstoff zu binden, werden in der Landwirtschaft im Wechsel zur Hauptfrucht Zwischenfrüchte wie Kleegras angebaut. Einige dieser Zwischenfrüchte können in Biogasanlagen zur Energieerzeugung beitragen. Solche Energiepflanzen sind eine wertvolle Erweiterung in der Fruchtfolge und stehen in keiner Konkurrenz zur Nahrungs- und Futtermittelproduktion. Die bei der Biogasherstellung übrigbleibenden Gärreste können als Dünger zusätzlich stoffliche Verwertung finden – eine sinnvolle Kaskade sollte demnach ebenfalls definiert werden.

2. NACHHALTIGE KREISLAUFWIRTSCHAFT: STOFFLICHE UND ENERGETISCHE NUTZUNG IM ZUSAMMENSPIEL

Eine kaskadierende Nutzung ermöglicht es, das Maximum aus Biomasse herauszuholen. So muss für jede Art der Biomasse die richtige Kaskadennutzung eruiert werden. Damit ergänzen sich im besten Fall stoffliche und energetische Nutzung:

  • Zu biobasiertem Kunststoff verarbeitete Biomasse wird zunächst stofflich genutzt. Nach Ende der Nutzbarkeit kann es im Müllheizkraftwerk erneuerbare Energie bereitstellen.
  • Für den bereits existierenden Güllebestand (ohne Ausbau der Tierhaltung) eignet sich die energetische Verarbeitung zu Biogas und Biomethan am besten – so kann kein Methan mehr frei auf dem Feld emittieren. Die bei der Fermentierung anfallenden Gärreste schließen den Kreislauf, indem sie als organisches Düngemittel dienen. Ähnliches gilt für Zwischenfrüchte und Blühwiesen. Die Zielsetzung im NABIS-Entwurf, die Güllevergärung bis 2030 zu verdoppeln, ist positiv hervorzuheben.
  • Für Holz muss die stoffliche Nutzung vor der energetischen Nutzung stehen. Als Bauholz ermöglicht es nachhaltiges Bauen. Ausgedientes Altholz sollte der energetischen Nutzung zugeführt werden. Am effizientesten ist es in Müllheizkraftwerken mit hoher Wärmenutzung – in Verbindung mit Carbon Capture and Storage am Kraftwerk.

Notwendig ist also eine gezielte Untersuchung von Verwertungspfaden.

3. ENERGETISCHE NUTZUNG NUR NOCH MIT CCS  

4. BIOMETHAN KANN MEHR ALS NUR EINE BRÜCKE SEIN

Biogas und Biomethan dürfen nicht also auf die Funktion der Brückentechnologie reduziert werden. In Kombination mit Carbon Removal ist die Erzeugung bereits klimapositiv, stabilisiert natürliche Kreisläufe und schafft Wertschöpfung sowie Arbeitsplätze, insbesondere in ländlichen Regionen.

Langfristig können in einem Dreiklang von grünem Methan, erneuerbarem Strom und grünem Wasserstoff Synergien geschaffen werden: So kann Biomethan dort aushelfen, wo die Elektrifizierung an ihre Grenzen stößt und grüner Wasserstoff zu teuer oder noch nicht verfügbar ist.

Insbesondere bei der Abdeckung von Spitzenlast kommt Biogas, bzw. Biomethan durch seine Speicherfähigkeit eine zentrale Bedeutung zu. Dass der Entwurf der Biomasse zur Stromerzeugung zunächst eine wichtige Rolle zuschreibt, ist zu begrüßen.

NACHFRAGE ANREGEN, UM BIOMETHAN ZU FÖRDERN

  • Erzeugung hochregeln und auf Nachhaltigkeit fokussieren:
    • Einfach zugängliche Förderprogramme sowie schnellere, unbürokratische Genehmigungsverfahren einrichten, um den Anlagenzubau zu beschleunigen;
    • Vergärungspflicht für Gülle und Bioabfall für ein Mehr an nachhaltigen Einsatzstoffen einführen;
    • Blühwiese als Rohstoff für mehr Bienenschutz auf Feldern ermöglichen.
  • Verkehr: höhere Anforderungen an Emissionsminderungen der Mineralölindustrie durch Anhebung der Treibhausgasminderungsquote setzen Anreize für den Einsatz besonders nachhaltigen Biomethans auf Basis von Rest- und Abfallstoffen wie Gülle.
    • Regionale vs. globale Biokraftstoffe: Um die Nutzung von Biokraftstoffen nachhaltig auszubauen, ist es entscheidend, weitere Lieferabhängigkeiten zu vermeiden. Kein Land sollte Lieferant von mehr als 30% der Biokraftstoffe für die EU sein.
  • Planungssicherheit im EEG schaffen zum Beispiel durch Anhebung der Höchstgebotsgrenze
  • Biomethan als langfristigen Partner von grünem Wasserstoff und erneuerbarem Strom im Dreiklang der Energiewende stets mitdenken und somit für Investitionssicherheit sorgen.

Bildquelle: Chulpan Gallyamova | unsplash

CARBON MANAGEMENT STRATEGIE: BIOMETHAN ESSENZIELL FÜR NEGATIVEMISSIONEN 

Die Bundesregierung möchte die Weichen für ein klimaneutrales Deutschland ab 2045 stellen. Aktuelle Eckpunkte für die Entwicklung einer Carbon Management Strategie (CMS) sowie einer Langfriststrategie Negativemissionen (LNe) zeigen einige gute Ansätze. Die Rolle von Biomethan in Kombination mit Carbon Capture and Storage als Carbon Removal-Lösung wird hierbei jedoch insbesondere in den Eckpunkten der CMS nicht ausreichend gewürdigt und sollte eine stärkere Gewichtung erhalten. Bei einem notwendigen schnellen Ausbau von CO2-Speicherinfrastruktur muss Biomethan mitgedacht werden. Außerdem gilt es, die Relevanz von technischen Negativemissionen in der Carbon Management Strategie fest zu verankern. 

  1. Die Carbon Management Strategie legt den Fokus vornehmlich auf die Vermeidung von Emissionen. Das Zielbild muss auch die aktive Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre festschreiben.  
  1. Biomethan in Kombination mit Carbon Capture & Storage ist als einziger Energieträger bereits heute eine Carbon-Removal-Lösung: Biomethan kann schon Negativemissionen nachhaltig und kosteneffektiv erzielen. Erste preisgekrönte Leuchtturmprojekte existieren bereits. Solche mehrwertstiftenden Konzepte müssen auch in den Strategiepapieren berücksichtigt werden.  
  1. Im Kontext Carbon Management ist insbesondere zu beachten, dass auch für technische Negativemissionen ein physischer CO2-Transport stattfindet. Die Infrastruktur ist hier also genauso relevant wie für Vermeidungstechnologien mit CCS. Eine Berücksichtigung in der CMS ist daher unumgänglich. 

KLIMAPOSITIV 2050: DIE CARBON MANAGEMENT STRATEGIE UND LANGFRISTSTRATEGIE NEGATIVEMISSIONEN DER BUNDESREGIERUNG

Die Bundesrepublik will bis 2045 klimaneutral und ab 2050 klimapositiv sein: Dazu zielt Deutschland auf eine netto-negative Emissionsbilanz ab, was bedeutet, dass der Atmosphäre aktiv CO2 entzogen werden muss. Zu diesem Zweck hat die Bundesregierung Eckpunkte für eine Carbon Management Strategie und eine Langfriststrategie Negativemissionen erarbeitet. Beide Strategien sollen einen Pfad in Richtung klimapositives Deutschland aufzeigen.  

Als eine der wichtigsten Meilensteine auf dem Weg zur netto-negativen Emissionsbilanz steht in der CMS die Dekarbonisierung der Industrie. Dort fokussiert sich die Strategie auf Carbon Capture and Storage (CCS), mithilfe dessen industriell entstehende CO2-Emissionen abgeschieden und nachhaltig eingespeichert werden. Darüber hinaus bedarf es Technologien, die der  Atmosphäre aktiv CO2 entziehen. Nur so können unvermeidbare Restemissionen ausgeglichen und vor allem auch die historisch bedingte Ansammlung an Emissionen umkehrt werden. Die schnellste, effektivste und kosteneffizienteste technische Lösung bildet eine ideale Synergie mit der Produktion von Biomethan: Bioenergy mit Carbon Capture and Storage (BECCS). 

NACHHALTIGE NEGATIVEMISSIONEN DURCH BIOMETHAN MIT CARBON CAPTURE AND STORAGE

EU-WEIT MEHR ALS 55 MIO. T CO2 JÄHRLICH AUS DER ATMOSPHÄRE ZIEHEN 

AUSBAU DER STRATEGISCHEN ROLLE VON BIOMETHAN FÜR DIE KLIMAZIELE DER BUNDESREPUBLIK  

Als kosteneffektive, schnell skalierbare Technologie bietet Biomethan mit Carbon Removal großes Potenzial zur Erfüllung der deutschen Emissionsminderungsziele. Dabei kann Biomethan in Kombination mit CCS-Technologie Negativemissionen erzeugen und als Ersatz für fossile Brennstoffe einen Beitrag zur Transformation zu grünen Energieträgern leisten. Trotz dessen und der Kosteneffektivität ist das Konzept bisher nicht hinreichend in der CMS berücksichtigt. Während CCS laut den Eckpunkten bisher in der deutschen Industrie gefördert werden soll, besteht noch Unklarheit über die Förderung von BECCS. Innerhalb von Deutschland existieren bereits mehrere laufende und geplante Projekte, die ihr CO2 verflüssigen und weiterverwerten. Im nächsten Schritt bedarf es Anreize, um eine schnelle Skalierung anzuregen. 

DIE NOTWENDIGEN SCHRITTE ZUR STÄRKUNG VON NEGATIVEMISSIONEN MITTELS BIOMETHAN 

Die Bundesregierung muss nun verdeutlichen, dass sie es mit dem Kampf gegen den Klimawandel und der Förderung von CDR-Technologien ernst meint. Hierzu gehört: 

Klarstellungen in der Carbon-Management-Strategie sowie der Langfriststrategie Negativemissionen: 

  • Klarifizierung der Berücksichtigung von technischen Negativemissionen in der Carbon-Management-Strategie: Die Strategie darf sich nicht ausschließlich auf die Vermeidung von Emissionen fokussieren, sondern muss klar im Zielbild die aktive Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre und die Nutzung der angedachten Infrastruktur mit diesen CO2-Mengen festsetzen. Carbon Removal mit Biomethan muss auch in der Carbon-Management-Strategie verankert werden. 
  • Definitorische Klarstellung von BECCS: Trennung von und separate Anreizsetzung für technische CDR-Lösungen wie CCS in Verbindung mit Biomethan und nature-based CO2-Senken wie Moore oder Aufforstungen  
  • Berücksichtigung von biogenen CO2-Mengen in Bezug auf den Zugang zu Transportinfrastruktur und Fördermechanismen (Pipelines) 

Bildquelle: Matthias Neufeld | unsplash