Nachhaltigkeit: Fraunhofer-Institut baut Ammoniak-Brennstoffzelle
Wasserstoff gilt als wichtige Komponente der Energiewende, als Speicher für Wind- und Solarstrom. Doch Speicherung und Transport des Gases sind technisch anspruchsvoll. Einfacher zu handhaben ist die Wasserstoff-Stickstoff-Verbindung Ammoniak. Ein Fraunhofer-Team hat eine Brennstoffzelle entwickelt, die damit betrieben wird.
Das Team vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden hat auf Basis eines Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stacks (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) eine kompakte Demonstrationsanlage entwickelt, die Strom aus Ammoniak erzeugt.
Die Brennstoffzelle selbst kann nicht mit Ammoniak betrieben werden, sondern braucht Wasserstoff. Deshalb muss das Ammoniak zuerst in seine Bestandteile zerlegt werden. Das übernimmt der Cracker. Darin wird das Ammoniak auf über 300 Grad Celsius erhitzt und zerfällt dann in Wasserstoff und Stickstoff.
Die Brennstoffzelle wird mit Wasserstoff betrieben
Der Wasserstoff wird dann in die Hochtemperatur-Brennstoffzelle geleitet. In keramischen Elektrolyten wird er über die Anode geführt, während die Kathode von Luft umflossen wird. Bei der Aufspaltung des Wasserstoffs entstehen Elektronen, die von der Anode zur Kathode wandern – es fließt Strom. Der Wirkungsgrad liegt laut Fraunhofer IKTS bei 60 Prozent.
Als Abfallprodukte fallen Stickstoff, Wasserdampf und Wärme an, auch durch die Nachverbrennung. Stickstoff und Wasserdampf können problemlos in die Umwelt entlassen werden. Die bei dem Prozess entstehende Abwärme wird wieder dem Prozess zugeführt, um die Temperatur im Cracker zu halten. Sie kann aber auch entkoppelt und zum Heizen genutzt werden.
"Ammoniak ist in der chemischen Industrie seit Jahrzehnten im Einsatz, zum Beispiel für die Herstellung von Düngemitteln, der Umgang mit dem Stoff daher etabliert und bekannt, dennoch muss der Stoff mit Vorsicht behandelt werden. Als Wasserstoffträger bietet Ammoniak eine hohe Energiedichte und ist zugleich relativ einfach zu speichern und zu transportieren" , sagte Projektleiterin Laura Nousch(öffnet im neuen Fenster) . "Für die klimafreundliche Herstellung von Strom und Heizenergie ist Ammoniak ein ideales Ausgangsmaterial."
Das System kann außer Strom auch Wärme liefern
Eine solche Anlage könnte beispielsweise von kleineren Unternehmen genutzt werden, die sauberen Strom erzeugen wollen und nicht an das zukünftige Wasserstoffkernnetz angebunden sind. Kommunen und Stadtwerke könnten damit nicht nur Strom, sondern auch grüne Wärme erzeugen.
Ein weiterer Anwendungsbereich sind schließlich große Schiffe, die auf diese Weise mit einem umweltfreundlichen Antrieb ausgestattet werden können. So wird etwa im europäischen Projekt ShipFC der Versorger Viking Energy mit einem solchen Brennstoffzellensystem ausgestattet . In den USA rüstete das Unternehmen Amogy kürzlich einen alten Flussschlepper auf ein solches System um .