Der große Vorteil von Ammoniak ist seine hohe Energiedichte, der geringe Aufwand zur Verflüssigung und die Kohlenstoff-freie Verbrennung zu Wasser und Stickstoff. Ein Nachteil ist natürlich die Giftigkeit der Grundchemikalie, die jedoch Prozess-technisch gut beherrscht wird.
Mit einem Energiegehalt im verflüssigten Zustand nahe dem von Benzin und deutlich über dem von verdichtetem Wasserstoff erscheint Ammoniak ein idealer Träger zu sein für den Energiespeicher "Wasserstoff". Bislang verliert man beim Einsatz zusammen mit einer PEM-Brennstoffzelle jedoch viel Energie, denn NH3 spaltet (Cracker) sich erst bei Temperaturen >700°C in Wasserstoff und Stickstoff auf.
Daher haben Forscher eine Ammoniak-Direktzelle (DAFC) entwickelt, durch die man den Wirkungsgrad-reduzierenden Umwandlungsschritt NH3 -> H2 umgehen kann.
Besonders für die Schifffahrt ist Ammoniak als Treibstoff interessant. Die internationale Flotte an Tankern und Containerschiffen trägt zu einen bedeutenden Teil zu den CO2-Emissionen bei. Deswegen gibt es seit wenigen Jahren das Ziel, diesen Bereich durch CO2-freie Treibstoffe klimafreundlicher zu gestalten. Ammoniak als Produkt wird bereits seit Jahrzehnten per Schiff vom Herstellern zum Weiterverarbeitern transportiert - es existiert also ein gehöriges Maß an Wissen um die Handhabung von verflüssigtem NH3.
Seit 2021 sind die ersten Prototypen von Schiffen im Einsatz. Dabei gehen Firmen unterschiedliche Wege. Mitsubishi Heavy Industries und auch MAN (Projekte AEngine, AmmoniaMot) entwickeln Motoren, die Ammoniak anstelle von Schweröl verbrennen können.
Andere wie z.B. im Projekt ShipFC setzen auf elektrischen Antrieb und eine Kombination aus Batterie und Brennstoffzelle. Die Mitnahme von tiefkaltem oder hoch komprimierten Wasserstoff würde bei den in der Schifffahrt benötigten Energiemengen viel Platz benötigen. Ammoniak bietet hier einen guten Ausweg. (Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass auch "grüner" Methanol als Schiffstreibstoff in der Entwicklung ist. Das wesentliche Problem ist, das für die Synthetisierung notwendige CO2 aus der Luft zu entnehmen.)
Technisch gesehen wird innerhalb einer SOFC (Solid Oxyd Fuel Cell) Ammoniak aufgespalten und dann im Wasserstoff-Sauerstoff Prozess zur Energiegewinnung genutzt. Die 2MW-Ammoniak-Brennstoffzelle soll 2023 auf einem Offshore Schiff installiert und in Betrieb genommen werden.
Dass die neuen LNG-Terminals in Brunsbüttel und Rotterdam auch für Ammoniak genutzt werden sollen zeigt, wie weit die Entwicklung (Technical Readyness, Market Readyness) für Ammoniak als Wasserstoff-Speicher bereits fortgeschritten ist - deutlich bevor das Thema in der Öffentlichkeit wahr genommen wird.
Sozusagen als Gegenpart zur Ammoniak-Direkt-Brennstoffzellen auf Basis einer SOFC fungieren die von z.B. Sunfire oder Topsoe entwickelten SOEC-Elektrolyseure, die bei Temperaturen von 500...700°C neben Wasserstoff auch Synthesegas herstellen können. Damit ist die Grundlage gelegt für ein energetisch vorteilhafteres Herstellen von E-Fuels und E-Methanol.
Gerald Friederici, 12/2022