Ammoniak: großes Potenzial als Träger grünen Wasserstoffs
Erneuerbare Energie aus Windkraftanlagen oder Solarpaneelen kann schwanken und erfordert erhebliche Speicherkapazitäten, um die Versorgung auszugleichen. Wasserstoffhaltiges Ammoniak ist problemlos zu transportieren und in großen Mengen langfristig zu speichern. Dies lässt es zu einem potenziellen Träger für grünen Wasserstoff zum Einsatz in Elektrofahrzeugen und zur Stromerzeugung sowie zum Einsatz als möglicher Brennstoff für Verbrennungsmotoren und Festoxidbrennstoffzellen zur Stromerzeugung werden. Ammoniak ist kohlendioxidfrei. „Das bedeutet, dass Ammoniak herstellbar und transportierbar ist, und dass bei späterer Spaltung kein Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt wird“, erklärt José Luis Viviente, Projektkoordinator von ARENHA(öffnet in neuem Fenster), der auch als Projekt- und Forschungsleiter bei TECNALIA(öffnet in neuem Fenster), einem Technologieentwicklungszentrum in Spanien, tätig ist. „Wir haben erfolgreich gezeigt, dass Ammoniak als ein Wasserstoffträger genutzt werden kann“, sagt Viviente. Im Rahmen des Projekts wurden außerdem mehrere neuartige Prototypen entwickelt. „Wir deckten die gesamte Wertschöpfungskette auf verschiedenen Ebenen ab: von der Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen bis hin zur Nutzung der Umwandlung von Ammoniak. Wir haben innovative Technologien für die Wasserstofferzeugung, die Ammoniaksynthese und die Ammoniakspaltung mit potenziellen Anwendungen in den Bereichen Mobilität, Stromerzeugung, Industrie und Integration erneuerbarer Energien vorgestellt“, erklärt er.
Ammoniak: einfach transportier- und speicherbar
„Ammoniak dient der Herstellung von Düngemitteln, ist somit in der Industrie bereits bestens bekannt“, erläutert Viviente. „Die Infrastruktur für die Lagerung und den Transport von Ammoniak ist bekannt, aber wir müssen zu einer umweltfreundlichen Ammoniakproduktion übergehen.“ Transport und Speicherung von Ammoniak hat gegenüber Wasserstoff einen Vorteil: Ammoniak ist bei normalem Atmosphärendruck bei etwa minus 35 Grad flüssig, während flüssiger Wasserstoff bei etwa minus 253 Grad unter Raumtemperatur gelagert werden muss, wodurch sein Transport erschwert wird. „Mithilfe von Ammoniak kann grüner Wasserstoff jedoch an Orten mit kostengünstiger erneuerbarer Energie hergestellt und in andere Länder transportiert werden. Oder das Ammoniak kann an Orte gebracht werden, an denen es keine Rohrleitungen zum Transport von Wasserstoff gibt“, sagt er.
Erfolgreiche Entwicklung von Elektrolyseurprototypen
Innerhalb des Projekts wurden Prototypen für zwei Arten von Festoxidelektrolyseuren entwickelt. „Wir konnten die Eigenschaften verbessern, wobei wir die Mikrostruktur und die Materialien modifizierten und somit die zur Erzeugung einer bestimmten Menge Wasserstoff erforderliche Energie verringerten“, erklärt Viviente. Dadurch war es möglich, dass einer der Prototypen an Nucera(öffnet in neuem Fenster), einen führenden Anbieter von Technologien für grünen Wasserstoff, zwecks Entwicklung einer Produktion im größeren Maßstab für den Markt übergeben werden konnte.
Ammoniaksynthese-Prototyp
Ein dritter Prototyp für die Ammoniaksynthese, der 10 kg Ammoniak täglich produziert, wurde gebaut, aber aufgrund von Projektverzögerungen durch COVID-19 und Problemen bei der Materialversorgung nicht erprobt. Es wurden jedoch wichtige Informationen gesammelt. Viviente berichtet: „Bei dem neuen Ammoniaksynthesekreislauf wird eine neue Bauform und werden neue Materialien verwendet, die es uns gestatten, Ammoniak unter milderen Bedingungen als mit den bestehenden kommerziellen Systemen zu produzieren.“
Ammoniakspaltungs-Prototyp
Es wurde ein neues Konzept für die Ammoniakspaltung vorgestellt – die chemische Zersetzung von Ammoniak zur Gewinnung von hochreinem Wasserstoffgas. „Bei diesem neuartigen Verfahren wird ein katalytischer Membranreaktor eingesetzt, der bei niedrigeren Temperaturen als das Standard-Spaltungssystem arbeitet“, fügt Viviente hinzu. Dieses Konzept wurde bereits anhand weiterer chemischer Prozesse demonstriert, die im Rahmen früherer EU-finanzierter Projekte wie DEMCAMER und ReforCELL untersucht wurden, bei denen Reaktion und Trennung innerhalb eines einzigen katalytischen Membranreaktors kombiniert werden. „Bei der Integration von Membranen in den Reaktor werden die Zersetzung und die Abtrennung von Wasserstoff gleichzeitig am selben Ort durchgeführt, wodurch die Ammoniakzersetzung im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren erhöht wird“, erklärt er. „Damit wird die Anzahl der Schritte auf nur einen reduziert.“ „Außerdem werden die sehr hohen Temperaturen verringert, bei denen die Aufspaltung abläuft, was die Kosten drastisch senkt und den energetischen Fußabdruck verkleinert.“
