Der Lehrstuhl Energietechnik der Universität Duisburg-Essen und das Duisburger Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH (ZBT) arbeiten im Projekt „NH3toH2“ an der Wasserstofferzeugung aus Ammoniak. Aus dem so gewonnenen Wasserstoff können anschließend Brennstoffzellen Strom erzeugen. Die Technologie offeriert das Potenzial, Treibhausgasemissionen einzusparen und damit den Klimawandel zu bekämpfen.

Flüssiger Ammoniak (NH₃) wird mit einem chemischen Reaktor, dem sogenannten Ammoniak-Cracker, über einem Katalysator unter Wärmezufuhr zu Wasserstoff (H₂) und Stickstoff (N₂) zersetzt. Das so erzeugte Gas kann einer Brennstoffzelle zugeführt werden, die daraus elektrische Energie erzeugt. Die Beheizung des Ammoniak-Crackers erfolgt über die Verbrennung des Anodenrestgases der Brennstoffzelle. Das dabei erzeugte Abgas besteht nur aus Wasser, Stickstoff und Sauerstoff. Solche ammoniakversorgten Brennstoffzellensysteme können beispielsweise klimaschädliche Dieselaggregate in Entwicklung- und Schwellenländern ersetzen, in denen kein elektrisches Netz vorhanden ist oder in denen dieses Netz zu unzuverlässig arbeitet. Vorteilhaft gegenüber der direkten Nutzung zum Beispiel von Wasserstoff sind die hohe Energiedichte (3,2 kWh/l, 5,2 kWh/kg), einfache Transportmöglichkeiten und die gute Speicherbarkeit in flüssiger Form bei nur etwa 8 bar.

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. Außerdem erfolgen eine Auswertung von Katalysatoruntersuchungen sowie eine Analyse der Umweltwirkungen des Crackers (Life Cycle Assessments) und eine Lebenszykluskostenrechnung (Life-Cycle-Costing).

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 in Zukunft lediglich aus regenerativer Energie, Luftstickstoff und Wasser produziert werden kann. Hierfür kann prinzipiell Strom verwendet werden, 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 und der Bedarf gleichzeitig gering ist. Ein weiteres Szenario stellt die Erzeugung von Ammoniak an Standorten dar, die für die regenerative Stromerzeugung optimal geeignet sind. Damit fungiert Ammoniak als global handelbarer grüner Energieträger. Attraktiv erscheint auch die Verwendung als zukünftiger sauberer Schiffstreibstoff.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass Ammoniak ein enormes Potenzial zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bietet und einen aktiven Beitrag zur weltweiten Energiewende liefern kann. Das Projekt „NH3toH2“ entwickelt hierfür einen innovativen und hocheffizienten Ammoniak-Cracker, der für Verschaltung mit Brennstoffzellen geeignet ist und damit einen wichtigen Baustein für die energetische Nutzung von Ammoniak legen wird.

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

Weitere Informationen:

Universität Duisburg-Essen, Florian Nigbur, Energietechnik, Tel.: 0203/37-9-2109, florian.nigbur@uni-due.de

Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH, Michael Steffen, Tel.: 0203/7598-3033, m.steffen@zbt-duisburg.de