Ammoniak-Cracking: Schlüsseltechnologie für die grüne Transformation

Ammoniak, das kleine Molekül, das schon im 19. Jahrhundert durch die Düngemittelproduktion in der Agrarwirtschaft Bekanntheit erlangte, ist heute eine der meistproduzierten Chemikalien der Welt. Und es wird immer wichtiger – in Zukunft auch als Transportmedium für Wasserstoff.

In Zukunft könnte Ammoniak die grüne Transformation der Industrie entscheidend vorantreiben – als Transportmedium für grünen Wasserstoff. „Die Verwendung von Ammoniak als Wasserstoffträger beruht darauf, dass Wasserstoff an Orten erzeugt wird, wo erneuerbare Energie im Überfluss vorhanden ist, und dahin transportiert werden muss, wo erneuerbare Energie teuer ist“, erklärt Dr. Christian Renk, Head of Technology, Innovation & Sustainability (TIS) - Operating Unit Fertilizer bei thyssenkrupp Uhde.

„Ammoniak hat eine höhere Energiedichte als Wasserstoff, ist also in der Lage, mehr Energie auf kleinem Raum zu speichern und lässt sich zudem günstiger und einfacher transportieren“, erklärt Dr. Christian Renk. „Zwei Ammoniak-Schiffe können so viel Energie transportieren wie drei Schiffe mit flüssigem Wasserstoff.“ Am Einsatzort angekommen, kann das Ammoniak (NH₃) wieder in seine Bestandteile Stickstoff (N₂) und Wasserstoff (H₂) zerlegt werden, wobei der Wasserstoff als nachhaltige Energiequelle in industriellen Prozessen genutzt werden kann.

_{Ammoniak-Cracking im industriellen Maßstab}

Das Ammoniak-Cracking-Verfahren ist eine Schlüsseltechnologie für die grüne Transformation und kann die Wasserstoffwirtschaft maßgeblich vorantreiben.

Das zentrale Verfahren dahinter nennt sich Ammoniak-Cracking. Vor dem Hintergrund des Klimawandels und der steigenden Anforderungen an nachhaltige Produktionsprozesse werden effiziente Lösungen benötigt, die das Ammoniak-Cracking und damit den Einsatz von grünem Wasserstoff für großtechnische Anwendungen attraktiver machen.

„thyssenkrupp Uhde verfügt über einen jahrzehntelangen Erfahrungsschatz in der Herstellung von Ammoniak. Nun entwickeln wir die Spaltung“, erklärt Dr. Christian Renk. „Derzeit liegt die Energieeffizienz unseres Ammoniak-Cracking-Verfahrens bei rund 80 %. Ziel ist es, diese Zahl weiter zu erhöhen.“

Um das Ammoniak-Cracking nachhaltig und wirtschaftlich zu gestalten, muss der Prozess möglichst ohne fossile Energie auskommen.“ Für die zentrale Erzeugung von sauberem Wasserstoff mithilfe von Ammoniak-Cracking in großtechnischen Anlagen ist daher die Nutzung der Eigenenergie des Ammoniaks aus verfahrenstechnischen Gründen und zur Vermeidung von CO₂-Emissionen die optimale Lösung.

null — thyssenkrupp Uhde kann in Bezug auf die Herstellung und Spaltung von Ammoniak auf einen langjährigen Erfahrungsschatz seit den 50er Jahren zurückgreifen und bietet heute Anlagen für alle Schritte entlang der Ammoniak-Prozesskette an.

Effizientes Ammoniak-Cracking ist die Summe seiner Teile

Dabei gibt es viele verschiedene Faktoren, die die Effizienz des Ammoniak-Crackings beeinflussen:

Der Spaltreaktor
“Die Ammoniakspaltung ist eine stark endotherme Reaktion, die am besten bei erhöhten Temperaturen um die 600 °C und in einem einzigen Durchgang durchgeführt wird”, erklärt Renk. Deswegen hat das mechanische und thermische Design des Spaltreaktors einen erheblichen Einfluss auf die Effizienz großtechnischer Ammoniak-Cracking-Anlagen.

Der Katalysator
Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Wahl des Katalysators – ein Gebiet, auf dem aktuell sehr intensiv geforscht wird. Bisher werden Nickel oder Ruthenium als geeignet angesehen. „Während Nickel bei höheren Reaktionstemperaturen aktiv ist und mehr Energie benötigt, ist Ruthenium schon bei niedrigeren Temperaturen unter 500 °C aktiv“, so der Experte. „Ruthenium ist jedoch knapper und teurer.“

Die Konditionen
Auch die Prozessbedingungen haben einen großen Einfluss auf die Effizienz des Cracking-Verfahrens und seine Eignung für den industriellen Maßstab. „Um den Prozess wirtschaftlich zu gestalten, eine vollständige Abreaktion zu gewährleisten und gleichzeitig negative Auswirkungen auf das Material zu vermeiden, müssen Druck und Temperatur ideal austariert sein“, so Dr. Christian Renk.

Das Ammoniak-Cracking-Verfahren

thyssenkrupp Uhde hat es sich zur Aufgabe gemacht, das ideale Spaltverfahren zu entwickeln und die verschiedenen Einflussfaktoren zu erforschen. Hierbei liegt der Fokus auf einem sich selbst erhaltenden Prozess, bei dem die benötigte Prozessenergie aus dem zugeführten Ammoniak selbst gewonnen wird. Hier wird der Einsatz eines stationären, adiabaten Vorreaktors und einem isothermen Reformer betrachtet.

Der sich selbst erhaltende Prozess gilt als klimaneutral, während andere Prozessvarianten, wie z.B. der mit Erdgas betriebene Prozess, zusätzliche Emissionen verursachen. Die bei der Ammoniakverbrennung entstehenden Stickoxide (NOx, N₂O) werden durch das bewährte Uhde EnviNOx^®-Verfahren zu über 99,9 % gereinigt. „Dieser Prozessschritt ist sehr wichtig und einer unserer USPs“, so Renk.

Fest steht: Die Ammoniakspaltung ist ein wichtiger Prozessschritt, um die Industrie von morgen nachhaltiger zu gestalten, die grüne Transformation voranzutreiben und die grüne Kette zu schließen. Deshalb bietet thyssenkrupp Uhde alle Schritte dieser Prozesskette an.

Für die Zukunft, so ist sich Dr. Christian Renk sicher, sind es genau diese durchdachten Lösungen, die einen Unterschied machen werden: „So geben wir dem kleinen Molekül Ammoniak im 21. Jahrhundert eine neue Aufgabe.“

Mehr spannende Einblicke in unsere Forschung und Technologien zur Ammoniak-Herstellung und -Spaltung findest du in unseren Stories.