Durch die Integration neuartiger elektrokeramischer Dünnschichten in Energiesysteme werden ressourcenschonende direkte Energiewandlungsprozesse für Ammoniak realisierbar und wirtschaftlich.

Die chemi­sche Verbin­dung aus Stick­stoff und Wasser­stoff ist ein hervor­ra­gender Ener­gie­spei­cher und wird die mari­time Mobi­lität revo­lu­tio­nieren. Elek­tro­ke­ra­mi­sche Membranen werden mittels Dünn­schicht­ver­fahren in der Massen­pro­duk­tion herge­stellt und zeichnen sich durch hohe System­ef­fi­zienz und Zyklen­sta­bi­lität aus.

Entlang einer im CAMP­FIRE-Konzept erar­bei­teten Roadmap werden kosten­op­ti­mierte Produk­ti­ons­me­thoden für die Basis­in­no­va­tionen als Voraus­set­zung der Markt­eta­blie­rung von emis­si­ons­freien Antrieben in der Schiff­fahrt entwi­ckelt und diese in die Umset­zung gebracht.

Die CAMP­FIRE-Bünd­nis­partner vereinen natur‑, ingenieur‑, rechts‑, wirt­schafts­wis­sen­schaft­liche und klima­po­li­ti­sche Kompe­tenzen für die Entwick­lung und Einbet­tung der neuen Tech­no­lo­gien in einen durch klima­po­li­ti­sche Ziele geprägten Markt.

Dünnschichten

Die Herz­stücke der CAMP­FIRE-Ener­gie­tech­no­lo­gien sind elek­tro­ke­ra­mi­sche Membranen mit Perow­skit­struk­turen, die dünner als der Milli­onstel eines Meters sind und beson­ders kosten­günstig und ressour­cen­scho­nend herge­stellt werden können. Perow­skite erweisen sich als äußerst vorteil­haft hinsicht­lich der Betriebs­tem­pe­ra­turen, ihrer mecha­ni­schen Belast­bar­keit, der physi­ka­lisch-chemi­scher Eigen­schaften und der Tempe­ra­tur­be­stän­dig­keit als Hoch­tem­pe­ratur-Elek­tro­lyt­ma­te­ria­lien und können Sauer­stof­fionen, Protonen und Elek­tronen leiten.

Herstel­lung von elek­tro­ke­ra­mi­schen Dünn­schicht­mem­branen mittels indus­trie­taug­li­cher Depositionsverfahren

Grüner Ammoniak

In Zukunft sollen die welt­weit etablierten konven­tio­nellen Pfade in der Ammo­niak­syn­these, die auf fossilen Brenn­stoffen beruhen, abge­löst und dezen­tra­li­siert werden. Erst­malig soll dadurch die direkte Ammo­ni­a­kerzeu­gung aus erneu­er­baren Ener­gie­quellen wirt­schaft­lich und im Indus­trie­maß­stab reali­sierbar werden. Im Rahmen von CAMPFIRE werden dafür inno­va­tive Ener­gie­tech­no­lo­gien mit hoher Prozess­ef­fi­zienz und nied­rigen Kosten für die Ammo­niak­syn­these aus rege­ne­ra­tivem Strom entwi­ckelt. Oxidio­nen­lei­tende Membranen ermög­li­chen ein effi­zi­entes Fest­körper-Elek­tro­ly­se­ver­fahren (SOEC) für die Wasser­stoff­syn­these aus Wasser­dampf. Gemisch­t­lei­tende Sauer­stoff-Sepa­ra­ti­ons­mem­branen können für die Bereit­stel­lung von Stick­stoff aus überall verfüg­barer Umge­bungs­luft einge­setzt werden. Somit kann grüner Ammo­niak beson­ders effi­zient mittels Haber-Bosch-Prozess unter Reali­sie­rung hoher Volu­men­ströme aus Wind- oder Solar­strom herge­stellt werden. Unter Einsatz von Wind- und Solar­strom kann aus Luft und Wasser durch den Einsatz von proto­nen­lei­tenden Membranen auch direkt Ammo­niak erzeugt werden. Dieses neue Verfahren ist eine kosten­güns­tige und ener­gie­ef­fi­zi­ente Alter­na­tive zum konven­tio­nellen Haber-Bosch-Prozess.

Proto­nen­lei­tende Membranen für die direkte Ammo­niak­syn­these aus Luft­stick­stoff und Wasser­dampf (SSAS)

Maritime Antriebe

Ammo­niak ermög­licht die Dekar­bo­ni­sie­rung der mari­timen Schiff­fahrt. Es ist bei Normal­tem­pe­ratur bereits bei 8 bar verflüs­sigbar (bei Normal­druck bei ‑33°C) und kann daher leicht gespei­chert und trans­por­tiert werden. Ammo­niak ist wasser­stoff­reich und enthält Ener­gie­mengen, die mit Methanol vergleichbar sind. Im Forschungs­vor­haben CAMPFIRE werden neue Tech­no­lo­gien für die Nutzung von Ammo­niak als Ener­gie­träger für die emis­si­ons­freie Schiff­fahrt entwi­ckelt und etabliert. Unser Ziel ist der Einsatz von Ammo­niak in Verbren­nungs­mo­toren und Gastur­binen in der Binnen- und Seeschiff­fahrt sowie die Entwick­lung von Systemen für die direkte Verstro­mung von Ammo­niak in einer Brenn­stoff­zelle mit kera­mi­schen Membranen. Der beson­dere Clou: Die Endpro­dukte sind nur Wasser und Stick­stoff, welcher gefahrlos an die Luft zurück­ge­geben werden kann.

Wind und Wasser zu Ammo­niak — mari­timer Kraft­stoff und
Ener­gie­spei­cher für eine emis­si­ons­freie Zukunft