Ammoniak versorgt Handymasten mit Strom

Tatsächlich ist es so, dass die Ammoniakproduktion heute fast ausschließlich auf fossilen Energieträgern basiert. Dabei kommen überwiegend Erdgas, aber auch Kohle und Öl zum Einsatz. Doch Ammoniak lässt sich auch nachhaltig herstellen, wir reden dann von „grünen“ Ammoniak.

So ähnlich wie die Produktion von grünem Wasserstoff: Mithilfe der Elektrolyse, für die wir Strom aus Erneuerbaren Energien einsetzen. Parallel dazu brauchen wir eine Luftzerlegungsanlage, die Stickstoff aus der Luft abtrennt. Unter Druck können wir dann den Wasserstoff aus der Elektrolyse und den Stickstoff aus der Luft in einem Reaktor zu Ammoniak verbinden.

Wasserstoff ist ein entscheidender Baustein für die Energiewende, hat aber nicht in allen Bereichen die Chance, sich durchzusetzen. Gerade bei Anwendungen, die bei großen Speichermengen hohe Energiedichten benötigen, kommt er an seine Grenzen.

Ich würde das gerne anhand einiger Zahlen verdeutlichen: Auf 1000 bar komprimierter Wasserstoff kann etwa 1,7 kWh pro Liter speichern. In flüssiger Form sind es 2,4 kWh, allerdings ist der Energieaufwand für die Verflüssigung extrem hoch. Ammoniak hingegen ist schon bei sehr niedrigem Druck ab etwa 8 bar flüssig und weist mit 3,3 kWh eine höhere Energiedichte als Wasserstoff auf. Er kann also, vereinfacht gesagt, deutlich mehr Energie speichern.

Dazu kommt, dass die eingesetzte Technik weltweit bekannt und wenig kompliziert ist. Während Wasserstoff in kleinen Druckgastanks transportiert und gelagert werden muss, kann Ammoniak in Großtanks aus dem Flüssiggasbereich mit Volumina bis zu mehreren 10.000 Tonnen befördert werden. Das bringt Vorteile in der Logistik, in der Speicherung und am Ende natürlich in den Kosten.

Die Idee stammt ursprünglich aus einem EU-Projekt. Dabei ging es um die Frage, wie Mobilfunkmasten in abgelegeneren Regionen, in denen es kein ausreichend ausgebautes Stromnetz gibt, mit Energie versorgt werden können. Bisher werden dafür meist Dieselgeneratoren eingesetzt, was nicht besonders umweltfreundlich ist. Mit Ammoniak könnte regenerativ produzierter Strom einfach gespeichert, transportiert und vor Ort ohne CO₂-Emissionen zur Stromerzeugung genutzt werden. Diese Technologie ist gut zu handhaben.

Neben dem Mobilfunkmast befindet sich unser Modul, das im Wesentlichen aus einem Ammoniaktank, einem sogenannten Cracker und einer Brennstoffzelle besteht. Im Cracker wird das Ammoniak in ein Gasgemisch zerlegt, das aus 75 Prozent Wasserstoff und 25 Prozent Stickstoff besteht. Damit wird die Brennstoffzelle versorgt, die Wasserstoff mit Luftsauerstoff zu Wasser umwandelt. Dabei entsteht Strom, mit dem wir den Mobilfunkmast betreiben können.

In unserem Cracker wird das Ammoniak über einem Katalysator bei etwa 700 bis 800 Grad in ein Gasgemisch mit hohem Wasserstoffanteil aufgespalten. Dazu wird Wärme benötigt. Der Ammoniakcracker enthält einen Brenner, der diese Wärme bereitstellt. Als Brennstoff wird hierfür das Abgas der Brennstoffzelle verwendet. Dieses besteht aus Wasserstoff, Stickstoff und etwas Wasser und ist noch gut brennbar. Diese Verschaltung sowie ein ausgeklügeltes Wärmemanagement ermöglichen uns die Entwicklung eines hocheffizienten Systems. Der Ammoniakcracker erreicht bereits jetzt einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent.

Der Cracker ist zwar ein zusätzliches Bauteil , wir gehen aber davon aus, dass Ammoniak wegen der hohen Energiedichte und einfacheren Speichertechnik in einigen Anwendungen die günstigere Variante ist. Denn so können Transportwege gespart werden. Gerade über längere Distanzen macht es einen Unterschied, ob für die gleiche Energiemenge ein Schiff oder LKW mit Ammoniaktanks oder zwei mit Wasserstoffbehältern fahren.

Um eine genaue Aussage treffen zu können, muss die gesamte Energiekette betrachtet werden. Lange Transportwege und Speicherdauern sowie der Bedarf einer hohen Energiedichte verstärken tendenziell die Vorteile von Ammoniak. Es geht uns nicht darum, Wasserstoff generell zu ersetzen, sondern wir sehen Ammoniak als Wasserstoffträger an, der für bestimmte Bereiche eine gute Ergänzung einer Wasserstoffwirtschaft sein kann.

Im Moment gehen wir davon aus, dass wir bei der Stromerzeugung aus Ammoniak je nach Brennstoffzelle bei den Verlusten etwa bei 50 Prozent liegen. Mit reinem Wasserstoff sind die Verluste etwas geringer, da ein höherer Wirkungsgrad von rund 55 Prozent erreicht werden kann. Somit ist der Unterschied zwischen Ammoniak und Wasserstoff nicht signifikant und grundsätzlich sind die Umwandlungsverluste auch nur ein Kriterium. Die benötigten Technologien, Rohstoffe und Kosten müssen auch immer mitbetrachtet werden.

Wir haben bisher den ersten Prototypen eines Ammoniakcrackers entwickelt und getestet. Jetzt arbeiten wir an den Details. Am Projektende wollen wir ein optimiertes Crackersystem vorstellen, bei dem alle Bestandteile ideal aufeinander abgestimmt sind.

Dann hätten wir einen emissionsfreien Energieträger und eine Technologie, mit der im Prinzip an jeder Stelle stationäre Einrichtungen mit Strom versorgt werden könnten.

Wenn man das weiterdenkt, gibt es natürlich weitere Anwendungsgebiete. In der EU gab es bereits Überlegungen, nachhaltigen Strom aus Afrika zu importieren. Doch bisher fehlt das richtige Speichermedium. Mit Ammoniak könnten große Energiemengen transportiert werden. Eine Anwendung in der Mobilität ist ebenfalls denkbar. Wir bereiten gerade einige Projekte vor, bei denen es um den Antrieb von Schiffen mit Ammoniak geht. Perspektivisch muss dann auch der Flugverkehr dekarbonisiert werden, wofür es bereits erste Ansätze mit Ammoniak gibt.