Erste kommerzielle Anlage für grünen Ammoniak geplant

Ammoniak ist eine der meistproduzierten Chemikalien weltweit, vor allem als Ausgangsstoff für Düngemittel ist es heute kaum noch wegzudenken. Allerdings ist die Herstellung sehr energieintensiv  – was sich auch bei den Emissionen niederschlägt. Etwa ein Prozent des globalen CO₂-Ausstoßes gehen auf die Ammoniak-Produktion zurück. Doch das Gas kann auch nachhaltig mit Erneuerbaren Energien gewonnen werden. Die Einsatzmöglichkeiten für grünen Ammoniak sind vielfältig: Er kann sowohl als CO₂-freier Kraftstoff, zum Beispiel für die Schifffahrt, als auch als Energiespeicher und -träger genutzt werden.

Noch befinden sich entsprechende Technologien in der Entwicklungsphase (der en:former berichtete). Bei einem Kooperationsprojekt in Dänemark soll aber bereits bis 2022 die erste kommerzielle Anlage für die Produktion von grünem Ammoniak weltweit entstehen. Auf Initiative der Investmentfirma Skovgaard Invest, die unter anderem im regionalen Energiesektor aktiv ist, ist eine Partnerschaft mit dem Windturbinenhersteller Vestas und dem Katalysatorspezialisten Haldor Topsoe entstanden. Die drei dänischen Unternehmen wollen bei ihrem Projekt mehrere Technologien miteinander verknüpfen.

Ausgangspunkt sind die Wind- und Solaranlagen vor Ort. In Westjütland, an der Westküste der dänischen Halbinsel, stehen Onshore-Windräder mit einer Kapazität von 12 Megawatt (MW) für das Projekt zur Verfügung. Zusätzliche 50 MW Solarkapazität sind in Planung. Beide Anlagen ergänzen sich in ihrer Erzeugung und liefern Strom, der eine von Vestas entwickelte Elektrolyseur-Einheit antreibt. Diese produziert im Wasserelektrolyseverfahren grünen Wasserstoff – da bei der Herstellung keine Emissionen entstehen, gilt dieser als klimaneutral. Der grüne Wasserstoff verbindet sich mit Stickstoff, der aus der Luft abgetrennt wird, in einem Katalysator von Topsoe zu Ammoniak. Da die benötigten Rohstoffe und die benötigte Energie aus regenerativen Quellen stammen, wird auch der Ammoniak als grün beziehungsweise klimaneutral bewertet.

Insgesamt 5000 Tonnen der Chemikalie soll die Pilotanlage so jährlich aus regenerativ erzeugtem Strom herstellen und damit rund 8200 Tonnen CO₂ einsparen. Da Wind- und Solarenergieanlagen selten unter Höchstlast laufen, ist die Kapazität der Produktionsanlage geringer als die installierte. Sie wird bei insgesamt 10 MW liegen. In dem Fall, dass Windräder und PV-Module zeitweise mehr Energie erzeugen als für die Synthese des Gases benötigt wird, kann der überschüssige Strom ins Stromnetz eingespeist werden. Denn der Komplex aus Windrädern, Solarmodulen und der Pilotanlage wird direkt ans nationale Netz angeschlossen. Er produziert also nicht nur E-Fuels, sondern auch Strom.

Steuerung reagiert auf Fluktuationen

Die größte Herausforderung ist die schwankende Stromproduktion der Erneuerbaren. Die Produktionsanlage wird deshalb so konzipiert, dass es flexibel auf sich stetig verändernde Einspeisemengen reagieren kann. Ein intelligentes Steuerungssystem bildet das Herzstück, es kommt bereits heute in sogenannten Hybridanlagen für die Ammoniakherstellung zum Einsatz. In diesen Hybridanlagen wird der für den Katalysator notwendige Wasserstoff sowohl aus Methan als auch in der Elektrolyse mithilfe von regenerativ erzeugtem Strom hergestellt.

In dem Projekt in Westjütland wird ausschließlich grüner Wasserstoff produziert und für die Ammoniakherstellung genutzt. Auch die Ammoniakanlage selbst soll ausschließlich mit Strom aus Erneuerbaren betrieben werden. Die Kombination aus Wind- und Solarenergie soll die Phasen, in denen die Anlage stillstehen muss, weil kein Strom verfügbar ist, reduzieren. „Mit den Innovationen verschieben wir die Grenzen dafür, wie fluktuierende erneuerbare Energie genutzt wird“, sagt Kim Grøn Knudsen, Abteilungsleiter Strategie und Innovation bei Haldor Topsoe.

Ergänzung zu grünem Wasserstoff

Während grüner Wasserstoff bereits in vielen Bereichen als Hoffnungsträger der Energiewende gehandelt wird, ist grüner Ammoniak noch vergleichsweise unbekannt. Die Projektpartner sind aber von seinem Potenzial überzeugt: „Wir sehen viele potenzielle Abnehmer, zum Beispiel in der Landwirtschaft, der Schifffahrtsindustrie und Exportpotenzial aus den nahe gelegenen Industriehäfen. Wir erwarten, dass dies die erste Anlage von vielen in Westjütland sein wird“, sagt Jørgen Skovgaard von Skovgaard Invest.

Ammoniak könnte in Zukunft die Wasserstoffwirtschaft ergänzen. Bis dahin ist es aber noch ein langer Weg, denn aktuell – wie beim Wasserstoff – ist die Produktion mit Erneuerbaren deutlich teurer als mit fossilen Brennstoffen wie hier Erdgas. Kasper Roed Jensen, Vizepräsident Innovation und Konzepte bei Vestas, betont jedoch: „Dieses Projekt unterstreicht die Machbarkeit der Elektrifizierung über den Stromsektor hinaus.“ Das Vorhaben soll zudem wichtiges Know-how mit der Technologie liefern und den Weg für größere Anlagen ebnen.