Wertstoffsynthese — Ammoniak

Tech­no­logie

In vielen Verfah­rens­schritten der Ammo­ni­ak­syn­these von der Gaser­zeu­gung bis zur Ammo­ni­ak­spal­tung können bestehende ener­gie­in­ten­sive Tech­no­lo­gien durch den Einsatz von Dünn­schicht­mem­branen und nach­haltig erzeugter Energie aus Wind und Sonne ersetzt werden. Zum einen kann aus Luft mit Hilfe von sauer­stoff­lei­tenden Membranen der Luft-Sauer­stoff effi­zient vom Stick­stoff abge­trennt werden, während Wasser­stoff aus Wasser frei­ge­setzt und durch eine proto­nen­lei­tende Membran sepa­riert wird. Das membran­er­zeugte Wasser­stof­f/­Stick­stoff-Gemisch ist außerdem beson­ders rein – ein Vorteil, der sich auf die Effi­zienz des in der Ammo­niak-Synthese einge­setzten Kata­ly­sa­tors beson­ders positiv auswirkt. Um das Poten­zial von Ammo­niak als Spei­cher­stoff nutzen zu können, müssen neben geeig­neten Membranen auch Kata­ly­sa­toren entwi­ckelt werden, die für die Ammo­ni­ak­zer­le­gung zu Wasser­stoff geeignet sind [H. Liu, Chinese J. Catal. 2014].

Anwen­dung

Ammo­niak dient als Ausgangs­stoff für die Synthese vieler Verbin­dungen, von denen der größte Teil zu Dünge­mit­teln weiter­ver­ar­beitet wird [GECATS Roadmap der deut­schen Kata­ly­se­for­schung, 2010]. Es wird außerdem seit Kurzem wegen seines hohen Wasser­stoff-Gehalts und der Möglich­keit zur Verflüs­si­gung als Spei­cher­me­dium für nach­haltig erzeugten Wasser­stoff entwi­ckelt. Membran­ba­sierte Prozesse können alter­na­tive nach­hal­tige Wasser­stoff- und Stick­stoff­quellen für die in der Ammo­ni­ak­syn­these ange­wandten Refor­mer­tech­no­lo­gien eröffnen.

Poten­zial

Ammo­niak ist bereits mengen­mäßig eines der Haupt­pro­dukte der chemi­schen Indus­trie und benö­tigt zur Herstel­lung etwa 1,5 % der welt­weit erzeugten Primär­energie. Dafür sind beson­ders die Prozess­schritte zur Wasser­stoff-Erzeu­gung und die Reak­ti­ons­füh­rung unter hohem Druck verant­wort­lich. Tech­no­lo­gien zur Verbes­se­rungen der Ener­gie­ef­fi­zienz in der Bereit­stel­lung der Ausgangs­stoffe Wasser­stoff und Stick­stoff des Prozesses und der Kata­ly­sa­toren bieten ein großes Poten­zial zur Reduk­tion von Treib­hausgas-Emis­sionen. Attrak­tive Konzepte eröffnen sich auch durch geschlos­sene Kreis­lauf­sys­teme mit inte­grierter Ammo­ni­ak­spei­che­rung in Kombi­na­tion mit Membran­tech­no­lo­gien für die Energiespeicherung.