Klimaneutraler Strom aus Ammoniak: Innovative Energiegewinnung mit Zukunftspotenzial

Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von Ammoniak als grüner Energieträger

Bei der Stromerzeugung mit Wasserstoff entstehen keine klimaschädlichen Emissionen. Doch Speicherung und Transport des Gases sind technisch anspruchsvoll. Fraunhofer-Forschende nutzen deshalb das leichter handhabbare Wasserstoffderivat Ammoniak als Ausgangsstoff. Im Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stack wird Ammoniak zerlegt und der entstehende Wasserstoff in Strom verwandelt. Die Abwärme kann beispielsweise als Heizenergie genutzt werden. Demonstrationsanlage zur CO2-freien Stromerzeugung mit Ammoniak in Hochtemperatur-Brennstoffzellen © Fraunhofer IKTS Auf dem Energieträger Wasserstoff und seinen Derivaten ruhen große Hoffnungen. In der nationalen Wasserstoffstrategie der Bundesregierung nehmen sie bei der Energiewende eine zentrale Rolle ein. Insbesondere Ammoniak hat dabei ein hohes Potenzial, denn Wasserstoff lässt sich in Form von Ammoniak besser speichern und transportieren. Ein Forschenden-Team mit Prof. Laura Nousch vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden hat auf Basis eines Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Stacks einen Demonstrator entwickelt, der Ammoniak direkt und mit einem hohen Wirkungsgrad verstromen kann. Strom und Wärme entstehen in einer einzigen kompakten Anlage – ohne CO2-Emissionen oder andere schädliche Nebenprodukte. Als Treibstoff für elektrische Schiffsmotoren ist Ammoniak ebenso »grün« wie Wasserstoff, dabei aber weniger gefährlich und einfacher in der Handhabung Fraunhofer-Forscherin Laura Nousch erklärt die Vorteile: »Ammoniak ist in der chemischen Industrie seit Jahrzehnten im Einsatz, zum Beispiel für die Herstellung von Düngemitteln, der Umgang mit dem Stoff daher etabliert und bekannt, dennoch muss der Stoff mit Vorsicht behandelt werden. Als Wasserstoffträger bietet Ammoniak eine hohe Energiedichte und ist zugleich relativ einfach zu speichern und zu transportieren. Für die klimafreundliche Herstellung von Strom und Heizenergie ist Ammoniak ein ideales Ausgangsmaterial.« Im Prozess wird Ammoniak zunächst in die Brenngasaufbereitung, den sogenannten Cracker, eingeleitet und auf Temperaturen von 300 Grad Celsius und höher erhitzt. Es zerfällt in Wasserstoff und Stickstoff . Letzterer kann am des Prozesses zusammen mit Wasserdampf als unschädliche Abluft entlassen werden. Anschließend wird der Wasserstoff in die Hochtemperatur-Brennstoffzelle geleitet. In keramischen Elektrolyten wird er über die Anode geführt, während die Kathode von Luft umflossen wird. Bei der Aufspaltung des Wasserstoffs entstehen Elektronen, die von der Anode zur Kathode wandern. So beginnt Strom zu fließen. Neben Wasserdampf produziert die elektrochemische Reaktion auch Wärmeenergie. Außerdem entsteht durch die Nachverbrennung Abwärme. »Diese wird zum einen verwendet, um die hohe Temperatur im Cracker zu halten, und zum anderen als Abwärme entkoppelt. Dann kann sie beispielsweise für eine Gebäudeheizung eingesetzt werden«, erklärt Nousch. Bei der Konzeption der Anlage kam den Forschenden aus dem Fraunhofer IKTS die jahrzehntelange Expertise bei keramischen Brennstoffzellen-Stacks zugute. Damit konnte das Team einen Brennstoffzellen-Demonstrator bauen, der das Zerlegen von Ammoniak in Wasserstoff und dessen anschließende Verstromung praktisch in einem Gerät erledigt. Der Wirkungsgrad liegt dabei ebenso wie bei Erdgas-basierten Verfahren bei 60 Prozent, nur dass Ammoniak-SOFC-Systeme vergleichsweise einfach und robust aufgebaut sind. Das System ist ideal für kleinere Industrieunternehmen, die Strom ohne CO2-Emissionen erzeugen wollen und nicht am zukünftigen Wasserstoffkernnetz anliegen. Oder für Kommunen und Stadtwerke, die ihre Kunden mit grüner Wärme versorgen wollen. Auch große Schiffe lassen sich auf diese Weise mit umweltfreundlichen Antrieben auf Ammoniak-Wasserstoffbasis ausstatten. Je höher die Temperatur im Cracker, desto vollständiger wird Ammoniak in Wasserstoff zerlegt. Umgekehrt gilt, dass bei niedrigeren Temperaturen, also bei etwas über 400 Grad Celsius ein beträchtlicher Teil des Ammoniaks zurückbleibt. »Unsere Tests haben jedoch gezeigt, dass die Ammoniakmoleküle auch vollständig in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle zu Wasserstoff zerfallen. Damit kann sogar eine Steigerung der Gesamtleistung der Anlage erreicht werden«, sagt Fraunhofer-Forscherin Laura Nousch. Das eröffnet mehrere Optionen im Rahmen des thermischen Managements der Anlage. »Durch die gezielte Auslegung und ein intelligentes thermisches Management sowie anderen Modifikationen, etwa an Leistung und Größe der Brennstoffzellen-Stacks, sind wir in der Lage, gerade auch für kleine und mittlere Unternehmen maßgeschneiderte Lösungen zur klimafreundlichen Strom- und Wärmeerzeugung zu entwickeln«, erklärt Nousch. Ergebnisse haben in der akademischen Forschung große Aufmerksamkeit erregt Meistgelesene News Themen Organisationen Kostengünstiges Produktionsverfahren für industriell begehrte Übergangsmetallnitride entwickelt Hocheffizientes Recyclingverfahren für NCM-Lithiumionen-Batterien Die Fähigkeit des Lasers, hochleistungsfähige, stabile Impulse im SWIR-Bereich zu erzeugen, ist ein Meilenstein für die feldaufgelöste Spektroskopie und die Femtosekunden-Feldoskopie Ein metallorganisches Gerüst ist in der Lage, CO2 bei extremen Temperaturen abzuscheiden Klimaneutrales Deutschland Durch das Recyclingverfahren werden Altbatterien zu 100% ihrer ursprünglichen Kapazität wiederhergestellt Was haben Eiswürfel in einem Getränk mit dem Geruch von Omas berühmtem Eiersalat zu tun? 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Die Vorteile von Ammoniak als Wasserstoffträger und Energiespeicher

Ammoniak bietet als Wasserstoffträger und Energiespeicher eine Vielzahl von Vorteilen, die es zu einem attraktiven Element für die Stromerzeugung machen. Im Vergleich zur direkten Nutzung von Wasserstoff weist Ammoniak eine höhere Energiedichte auf und ist daher effizienter zu speichern und zu transportieren. Diese Eigenschaft macht es besonders geeignet für Anwendungen, bei denen eine sichere und praktikable Handhabung von entscheidender Bedeutung ist. Zudem ist Ammoniak bereits in der chemischen Industrie weit verbreitet, was seine Akzeptanz und Verwendung in verschiedenen Sektoren erleichtert. Die Möglichkeit, Ammoniak in Strom umzuwandeln und gleichzeitig Abwärme für Heizzwecke zu nutzen, unterstreicht seine Vielseitigkeit und Effizienz als grüner Energieträger.

Der Prozess der Ammoniak-Zerlegung und Stromerzeugung

Der Prozess der Ammoniak-Zerlegung und Stromerzeugung ist technisch anspruchsvoll, aber äußerst effektiv für die klimaneutrale Energiegewinnung. Durch die Einleitung von Ammoniak in den Brenngasaufbereitung, den sogenannten Cracker, und die anschließende Erhitzung auf hohe Temperaturen wird Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff zerlegt. Der erzeugte Wasserstoff wird dann in die Hochtemperatur-Brennstoffzelle geleitet, wo er über elektrochemische Reaktionen in Strom umgewandelt wird. Dieser Prozess ermöglicht nicht nur die CO2-freie Stromerzeugung, sondern erzeugt auch Wärmeenergie, die vielseitig genutzt werden kann. Die gezielte Auslegung und Optimierung dieses Prozesses sind entscheidend, um eine effiziente und nachhaltige Energieerzeugung zu gewährleisten.

Anwendungsbereiche und Zukunftspotenzial von Ammoniak als grüner Energieträger

Die Anwendungsbereiche von Ammoniak als grüner Energieträger sind vielfältig und bieten ein großes Zukunftspotenzial für die Energiewende. Neben der Stromerzeugung in Hochtemperatur-Brennstoffzellen kann Ammoniak auch als Treibstoff für elektrische Schiffsmotoren dienen, was umweltfreundliche Antriebslösungen für die Schifffahrt ermöglicht. Darüber hinaus eignet sich Ammoniak für die Versorgung von Industrieunternehmen, Kommunen und Stadtwerken mit grüner Wärme. Die einfache Handhabung und die hohe Energiedichte machen Ammoniak zu einem vielversprechenden Kandidaten für eine nachhaltige und klimafreundliche Energieversorgung in verschiedenen Sektoren.

Die Bedeutung von Ammoniak für die Energiewende und die nationale Wasserstoffstrategie

Ammoniak spielt eine entscheidende Rolle bei der Energiewende und ist ein wichtiger Bestandteil der nationalen Wasserstoffstrategie. Als effizienter Wasserstoffträger bietet Ammoniak die Möglichkeit, klimaneutrale Energieerzeugungstechnologien voranzutreiben und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu reduzieren. Die Integration von Ammoniak-basierten Energiekonzepten in die nationale Wasserstoffstrategie unterstreicht die Bedeutung dieses grünen Energieträgers für die langfristige Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit der Energieversorgung.

Die Rolle von Forschenden und Institutionen wie dem Fraunhofer-Institut bei der Entwicklung nachhaltiger Energielösungen

Forschende und Institutionen wie das Fraunhofer-Institut spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und Implementierung nachhaltiger Energielösungen wie Ammoniak-basierten Stromerzeugungssystemen. Durch ihre Expertise und Forschungsarbeit tragen sie maßgeblich dazu bei, innovative Technologien zu entwickeln, die eine umweltfreundliche und effiziente Energiegewinnung ermöglichen. Die enge Zusammenarbeit zwischen Forschenden, Industrie und Regierungsinstitutionen ist entscheidend, um die Potenziale von Ammoniak als grüner Energieträger voll auszuschöpfen und die Energiewende erfolgreich voranzutreiben.

Potenzial und Herausforderungen bei der Implementierung von Ammoniak-basierten Energiekonzepten

Die Implementierung von Ammoniak-basierten Energiekonzepten birgt sowohl großes Potenzial als auch Herausforderungen. Das hohe Zukunftspotenzial von Ammoniak als grüner Energieträger erfordert eine gezielte Entwicklung und Optimierung von Technologien sowie eine Anpassung der Infrastruktur für die sichere und effiziente Nutzung von Ammoniak. Herausforderungen wie die Skalierbarkeit, die Wirtschaftlichkeit und die Akzeptanz in der Gesellschaft müssen sorgfältig angegangen werden, um eine breite Anwendung von Ammoniak-basierten Energiekonzepten zu ermöglichen. Die Zusammenarbeit aller Akteure ist entscheidend, um diese Herausforderungen zu meistern und das volle Potenzial von Ammoniak als Schlüssel zur klimaneutralen Strom- und Wärmeerzeugung zu realisieren.

Fazit: Ammoniak als Schlüssel zur klimaneutralen Strom- und Wärmeerzeugung

Ammoniak bietet als grüner Energieträger zahlreiche Vorteile und Potenziale für die klimaneutrale Strom- und Wärmeerzeugung. Die effiziente Umwandlung von Ammoniak in Strom in Hochtemperatur-Brennstoffzellen ermöglicht eine nachhaltige Energiegewinnung ohne schädliche Emissionen. Die vielseitigen Anwendungsbereiche von Ammoniak und sein Zukunftspotenzial machen es zu einem Schlüsselelement für die Energiewende und die nationale Wasserstoffstrategie. Die kontinuierliche Forschung und Entwicklung von Ammoniak-basierten Energiekonzepten sind entscheidend, um die Herausforderungen bei der Implementierung zu überwinden und eine nachhaltige Energieversorgung zu gewährleisten. Möchtest du mehr über die Zukunft von Ammoniak als grünem Energieträger erfahren und wie du aktiv zur Energiewende beitragen kannst? 🌿💡🌍