Grüner Ammoniak – Energieträger der Zukunft

Bei Ammoniak denken die meisten wahrscheinlich an ein Gas, das v.a. als industrieller Dünger in der Landwirtschaft eingesetzt wird.

Dass es auch als Ener­gie­träger dienen kann, ist weniger bekannt. Doch das ist keine Science-Fiction. Bereits im 19. Jahr­hun­dert wurden die Stra­ßen­bahnen in New Orleans mit Ammo­niak betrieben und in den 1940er Jahren fuhren damit in Belgien die Busse. In den USA wurde sogar ein Pkw herge­stellt, der 1981er Chevrolet Impala, der dieses Gas tanken konnte. In Zukunft soll Ammo­niak v.a. in Schiffen zum Einsatz kommen. Alter­na­tive Treib­stoffe für die Schiff­fahrt sind von hoher Bedeu­tung, denn hier kommt bisher meist Schweröl zum Einsatz – der klima­schäd­lichste aller Treib­stoffe. Bei der Verbren­nung von Ammo­niak entstehen dagegen keine Luft­schad­stoffe, sondern nur Stick­stoff und Wasserdampf.

Ammo­niak ist einer der am meisten produ­zierten chemi­schen Grund­stoffe welt­weit. Es hat die chemi­sche Formel NH3, besteht also aus einem Stick­stoff- und drei Wasser­stoff­atomen. Beim am häufigsten verwen­deten Produk­ti­ons­pro­zess, dem Haber-Bosch-Verfahren, reagieren die Gase Stick­stoff und Wasser­stoff unter hohem Druck (150–300 bar) und hohen Tempe­ra­turen (400–500 °C) an einem Eisen­ka­ta­ly­sator. Die Reak­ti­ons­glei­chung sieht folgen­der­maßen aus: N2 +3H2 → 2NH3. Dieses zu Beginn des 20. Jahr­hun­derts entwi­ckelte Verfahren ist aller­dings schäd­lich fürs Klima. Der Wasser­stoff wird hier aus Erdgas oder Kohle refor­miert, wobei Treib­haus­gase frei­ge­setzt werden.

Klima­freund­lich lässt sich Wasser­stoff durch Elek­tro­lyse gewinnen, dabei wird Strom aus Erneu­er­baren Ener­gien einge­setzt. Das Wasser wird in Sauer­stoff und Wasser­stoff gespalten. Um in einem weiteren Schritt Ammo­niak zu erzeugen, werden Stick­stoff-Mole­küle mittels eines Kata­ly­sa­tors in Stick­stoff­atome aufge­spalten, die dann mit dem Wasser­stoff zu NH3 reagieren. Dieses Verfahren ist zwar klima­scho­nend, die Produk­ti­ons­kosten sind aber relativ hoch. Im Projekt CAMPFIRE wird ein neues Verfahren getestet, um aus Wind- und Solar­strom grünen Ammo­niak herzu­stellen. In diesem kommen kera­mi­sche Dünn­schicht­mem­branen zum Einsatz, so dass NH3 direkt synthe­ti­siert wird. Das erhöht die Effi­zienz und verbes­sert die Wirtschaftlichkeit.

Gegen­über der Produk­tion kohlen­stoff­ba­sierter synthe­ti­scher Ener­gie­träger wie Methan oder Methanol hat das stick­stoff­ba­sierte grüne Ammo­niak einen entschei­denden Vorteil: Stick­stoff ist mit knapp 80 Prozent der Haupt­be­stand­teil der Atmo­sphäre, während Kohlen­stoff in der Luft nur in Form von Kohlen­di­oxid vorkommt, welches ledig­lich 0,04 Prozent ausmacht. Gegen­über reinem schon verflüs­sigtem Wasser­stoff hat flüs­siger Ammo­niak den Vorteil, dass die Ener­gie­dichte höher ist. Pro Kubik­meter Volumen enthält es 50 Prozent mehr Energie. Außerdem verflüs­sigt es sich schon bei ‑33° Celsius statt bei ‑25° (-252) Celsius und lässt sich so leichter spei­chern und transportieren.

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