Der Ammoniak-Cracker, der in Duisburg entwickelt wird, zersetzt Ammoniak zu Wasserstoff und Stickstoff.

Bild: Nadine van der Schoot, ZBT

Nachhaltige Stromerzeugung Ammoniak als Energiespeicher

05.02.2020

An der Universität Duisburg-Essen arbeiten Forscher an einem chemischen Reaktor, der flüssigen Ammoniak zu Wasserstoff und Stickstoff zersetzen kann. Das erzeugte Gas ließe sich dann etwa einer Brennstoffzelle zuführen, die daraus elektrische Energie erzeugt. Aber auch als nachhaltiger Energieträger hat Ammoniak Potenzial.

Der Lehrstuhl Energietechnik der Universität Duisburg-Essen und das Duisburger Zentrum für Brennstoffzellentechnik (ZBT) arbeiten im Projekt NH3toH2 (Ammoniak zu Wasserstoff) an der Wasserstofferzeugung aus Ammoniak. Aus dem so gewonnenen Wasserstoff können anschließend Brennstoffzellen Strom erzeugen. Die Technologie bringt das Potenzial mit sich, Treibhausgasemissionen einzusparen.

Flüssiger Ammoniak (NH3) wird hierzu mit einem chemischen Reaktor, dem sogenannten Ammoniak-Cracker, über einem Katalysator unter Wärmezufuhr zu Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2) zersetzt. Das auf diese Weise erzeugte Gas kann einer Brennstoffzelle zugeführt werden, die daraus elektrische Energie erzeugt.

Vorteile gegenüber direkter Wasserstoff-Nutzung

Im Labor des ZBT erfolgt die praktische Entwicklung des Ammoniak-Crackers; der Lehrstuhl Energietechnik führt unterstützende Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durch. Dabei werden der Ammoniak-Cracker und seine Komponenten durch den Einsatz von Multiphysik-Simulationsmodellen weiterentwickelt und optimiert. Die Forscher werten außerdem Katalysatoruntersuchungen aus, analysieren die Umweltwirkungen des Crackers und nehmen eine Lebenszyklus-Kostenrechnung vor.

Der Ammoniak-Cracker wird über die Verbrennung des Anodenrestgases der Brennstoffzelle beheizt. Das dabei erzeugte Abgas besteht nur aus Wasser, Stickstoff und Sauerstoff. Solche ammoniakversorgten Brennstoffzellensysteme können beispielsweise Dieselaggregate in Entwicklungs- und Schwellenländern ersetzen, in denen kein elektrisches Netz vorhanden ist oder dieses Netz zu unzuverlässig arbeitet.

Im Vergleich zu der direkten Nutzung von etwa Wasserstoff bringt Ammoniak diverse Vorteile mit sich. Das sind unter anderem seine hohe Energiedichte (3,2 kWh/l beziehungsweise 5,2 kWh/kg), einfache Transportmöglichkeiten und die gute Speicherbarkeit in flüssiger Form bei nur etwa 8 bar.

Anwendungsmöglichkeiten als Wasserstoffspeicher oder Treibstoff

Die Anwendungsmöglichkeiten von Ammoniak beschränken sich nicht nur auf die Versorgung von netzfernen Stromerzeugern. Einige Forschergruppen sehen Ammoniak vielmehr als vielversprechenden „grünen“ Energieträger, respektive als Wasserstoffspeicher an, der sich in Zukunft ausschließlich aus regenerativer Energie, Luftstickstoff und Wasser produzieren lässt.

Hierfür ist prinzipiell Strom nutzbar, der ansonsten abgeregelt werden müsste. Das ist dann der Fall, wenn Photovoltaik- und Windenergieanlagen an sonnen- oder windreichen Tagen sehr viel Strom ins Netz einspeisen würden, der Bedarf aber gleichzeitig gering ist.

Ein weiteres Szenario ist die Erzeugung von Ammoniak an Standorten, die sich optimal für die regenerative Stromerzeugung eignen. Damit fungierte Ammoniak als global handelbarer grüner Energieträger. Attraktiv wäre auch die Verwendung als sauberer Schiffstreibstoff.

Das Projekt NH3toH2 wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

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