Energiewende: Ammoniak als Transporteur von Wasserstoff
Ammoniak hat große Chancen, zum Transporteur für grünen Wasserstoff aus fernen Ländern wie Australien und Chile zu werden. Da Ammoniak bei 20 Grad Celsius einen Dampfdruck von lediglich 8,6 bar hat und bereits bei minus 33 Grad flüssig wird, sind die Anforderungen an Lagertanks deutlich geringer als bei Wasserstoff, der auf minus 253 Grad gekühlt werden muss, damit er flüssig wird. Gleichzeitig ist die Energiedichte von Ammoniak bei Umgebungstemperatur deutlich höher als die von Wasserstoffgas unter denselben Bedingungen, allerdings lediglich halb so hoch (6,25 Kilowattstunden pro Kilogramm – kWh/kg) wie die von Benzin (12,7 kWh/kg). Die Sache hat nur einen Haken: Die Ammoniakherstellung verschlingt Unmengen an Strom, was der erhofften Energiewende zuwiderläuft.
Energieeinsparung von 50 Prozent
Das soll sich mit dem Projekt "PICASO" (Process Intensification & Advanced Catalysis for Ammonia Sustainable Optimized process) ändern, bei dem das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme(öffnet im neuen Fenster) (ISE) in Freiburg, die Universität Ulm und das Fukushima Renewable Energy Institut (FREA-AIST) in Japan zusammenarbeiten. Power-to-Ammonia (PtA), die Umwandlung von Strom über Zwischenschritte in Ammoniak, soll mit einer neuen Technik realisiert werden. Die Energieeinsparung soll bei 50 Prozent liegen.
Neuer Ruthenium-Katalysator macht es möglich
Im Gegensatz zum konventionellen Haber-Bosch-Verfahren, das vor mehr als 100 Jahren entwickelt worden ist, ermöglicht der PtA-Prozess dank der hohen Reinheit des elektrolysebasierten grünen Wasserstoffs den Einsatz von aktiveren Katalysatoren. Diese arbeiten bei niedrigerer Temperatur und niedrigen Drücken, was sich positiv auf die Energiebilanz auswirkt. FREA-AIST hat dazu einen neuartigen Ruthenium-Katalysator entwickelt, der die Synthese bei Temperaturen unter 400 Grad sowie Drücken unter 80 bar ermöglicht. Er kann von japanischen Industriepartnern bereits im halbindustriellen Maßstab hergestellt werden, ist also für Demonstrationsanlage schon verfügbar. Zum Vergleich: Haber-Bosch erfordert Temperaturen deutlich über 400 Grad und Drücke bis zu 350 bar.
An der Universität Ulm läuft bereits eine Pilotanlage, in der die Machbarkeit demonstriert wird. In Freiburg wird eine Technikumsanlage gebaut, die bereits größere Mengen Ammoniak erzeugt und der letzte Schritt vor einer industrienahen Produktionsanlage ist.
Dünger, Strom und Ersatz für Koks
Ammoniak soll künftig in sonnen- und windreichen Regionen hergestellt werden. Der dazu benötigte Wasserstoff wird in Elektrolyseuren produziert, die mit grünem Strom betrieben werden. Das Ammoniak wird dann mit Spezialschiffen nach Deutschland transportiert. Hier kann es als Rohstoff für die Düngemittelproduktion eingesetzt oder wieder in Wasser- und Stickstoff zerlegt werden. Der Wasserstoff kann in Brennstoffzellen zur Stromerzeugung genutzt werden, in der Stahlindustrie Koks und bei der Zementherstellung Erdgas ersetzen.
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