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Das Potenzial von grünem Ammoniak für unser Klima
Ammoniak ist eine der am meisten hergestellten Chemikalien weltweit. Der Bedarf an grünem Ammoniak als Grundchemikalie wird sich bis zum Jahr 2050 sogar noch verdoppeln. Denn: grünes Ammoniak ist ein ideales Transportmittel für Wasserstoff und somit zentral für die grüne Transformation der Industrie und das Gelingen der Energiewende.
Ammoniak aus erneuerbaren Energien: Farblos, aber grün.
Wie Wasserstoff ist auch Ammoniak ein farbloses Gas, das jedoch einen stechenden Geruch besitzt, und wird je nach Herstellungsverfahren und der dafür eingesetzten Energie als „grün“ bezeichnet: “Im Moment wird Ammoniak vor allem aus Erdgas hergestellt, aber grünes Ammoniak kommt komplett ohne fossile Ressourcen aus “, erläutert Thore Lohmann, Executive Director Fertilizer & Methanol bei thyssenkrupp Uhde. „Man braucht eigentlich nur grünen Strom, Luft, Wasser, und das richtige Know-how. Genauer gesagt gewinnt man Stickstoff aus der Atmosphäre (N2), Wasserstoff aus einer Wasserelektrolyse (H2), und verbindet beides zu grünem Ammoniak. (NH3)”
Im Alltag ist Ammoniak manchen von uns schon beim Lebkuchen-Backen begegnet. Denn das für den Lebkuchenteig verwendete Backtriebmittel Hirschhornsalz riecht leicht nach der Chemikalie. Reines Ammoniak in großen Mengen ist jedoch nichts für den Endverbraucher und ausschließlich für den industriellen Einsatz mit entsprechenden Sicherheitsstandards bestimmt. In der Industrie übernimmt Ammoniak viele verschiedene Aufgaben und wird vor allem in Düngemitteln eingesetzt. Die sogenannten Stickstoffdünger sind in vielen Teilen der Welt wichtig, um Böden fruchtbar zu halten. Aber auch als Kältemittel wird Ammoniak eingesetzt, zum Beispiel in Eishallen.
Ein Blick in die Zukunft: Grünes Ammoniak steckt voller Potenziale
In Zukunft wird Ammoniak eine weitere wichtige Funktion übernehmen – als Transportmittel für grünen Wasserstoff. Damit in Europa und speziell auch in Deutschland der wachsende Bedarf an grünem Wasserstoff zur Transformation emissionsstarker Industrien hin zu nachhaltigeren Prozessen gedeckt werden kann, muss er aus anderen Ländern importiert werden. Da gibt es nur ein Problem: Der Transport von Wasserstoff über lange Strecken ist extrem aufwendig, erklärt Lohmann: „Für den Transport in großen Mengen muss das Gas bei -253 °C verflüssigt werden.“ Diese Kühlung bedeutet einen extrem hohen Energieaufwand. Zudem verdampft auch ständig ein Teil, sodass Verluste entstehen.
„Mit Ammoniak können auf weniger Raum viel größere Energiemengen transportiert werden, denn bezogen auf das Volumen ist die Energiedichte von Ammoniak sehr viel größer als von flüssigem Wasserstoff“, erklärt Lohmann. Ammoniak verflüssigt bereits bei -33°C und kann leicht gelagert und transportiert werden. Flüssiger Wasserstoff hingegen verbraucht durch die extreme Kühlung zusätzlich bis zu 40% des Energiegehalts, den man so transportieren will.
Ein weiterer Vorteil von Ammoniak: „Es werden schon heute jedes Jahr viele Millionen Tonnen Ammoniak per Schiff transportiert. Die notwendige Infrastruktur ist bereits vorhanden und der sichere Umgang ist weltweit seit Jahrzehnten etabliert und eingeübt“, so Lohmann.
Auch das für Düngemittel benötigte Ammoniak kann in Zukunft grün produziert werden.
Energie in chemischer Form: Das ist Power-to-Ammonia
Der Transport von grünem Ammoniak ist also nicht nur einfacher, sondern auch sicherer und kostengünstiger als der von grünem Wasserstoff. Wie der Transport mit dem sogenannten Power-to-Ammonia Verfahren funktioniert? Wasserstoff wird mittels Elektrolyse aus erneuerbaren Energien hergestellt. Parallel wird Stickstoff mit Hilfe eines Luftzerlegers einfach aus der Umgebungsluft gewonnen. Dieser Prozess ist kohlenstofffrei und es entsteht grünes Ammoniak – ein klimaneutraler Energieträger.
Mit anderen Worten: Die erneuerbare Energie wird in chemischer Form als Ammoniak gespeichert. Nach dem Transport wird das grüne Ammoniak unkompliziert wieder zu grünem Wasserstoff umgewandelt und kann in zahlreichen industriellen Prozessen als klimaneutraler Energieträger eingesetzt werden. Zum Beispiel in der Stahl-, Zement - und Chemieindustrie. Auch eine direkte Nutzung ist möglich, z.B. als klimaneutraler Schiffstreibstoff, oder in den Turbinen von Gaskraftwerken. Bei richtiger Verbrennung von Ammoniak entstehen nur Wasser und Stickstoff.
Bei thyssenkrupp Steel wird bereits die Stahlproduktion auf Basis von grünem Wasserstoff getestet.
Voraussetzungen für eine erfolgreiche Energiewende
thyssenkrupp Uhde liefert die Technologie zum Bau von Anlagen zur Produktion von grünem Ammoniak. „Wir können derzeit in einer einzigen Anlage bis zu 5000 Tonnen grünes Ammoniak pro Tag produzieren”, so Lohmann. Mit Blick auf die Zukunft und die neue Rolle der Chemikalie reichen diese Kapazitäten aber noch nicht, um den stark steigenden Bedarf an Ammoniak auch in Zukunft zu decken. Denn neben dem Wasserstoff-Transport bleibt Ammoniak auch weiterhin für die Düngemittelproduktion wichtig.
thyssenkrupp arbeitet daher konstant an der Erweiterung der Produktionskapazitäten. Neben dem Bau neuer und der Umstellung bestehender Anlagen müssen in Zukunft aber vor allem sehr viel erneuerbare Energie, mehr Schiffe und Terminals vorhanden sein, damit grünes Ammoniak sein volles Potenzial für die Energiewende entfalten kann, so Lohmann.