Energietransportmittel Ammoniak

Forschung an Ammoniak-Brennstoffzelle

Immer häufiger in der Diskussion: die Option Energie-, sprich Wasserstoffspeicherung mittels Ammoniak, bzw. der Einsatz von Ammoniak in Brennstoffzellen. Weil es kohlenstofffrei ist, wäre Ammoniak ein günstiges Speichermolekül  für Wasserstoff zum Betrieb von Brennstoffzellen. Durch eine praktikable und sichere Übertragung der industriellen Logistik bis in den Bereich der Endverbraucher stände eine leistungsfähige Alternative zu den klimaschädlichen Kohlenwasserstoffen für die Herstellung, Speicherung und den Transport von Wasserstoff für Brennstoffzellen  zur Verfügung.

Ammoniak enthält zwar etwa gleich viel chemische Energie wie Benzin oder Diesel. Aber für Verbrennungsmotoren erreicht er nicht die notwendige Effizienz, daher untersuchen Chemiker Ammoniak als Energieträger in Brennstoffzellen – bzw. als Transportmedium für Energie, speziell Wasserstoff aus Wind- und Solarenergie.

[note Ammoniak (NH3) ist unter Normalbedingungen gasförmig. Trotz des geringeren Heizwerts als etwa Methan könnte Ammoniak ein besseres Speichermedium für Erneuerbare Energien sein, denn es wird schon bei – 33oC flüssig, bei 20o C unter lediglich 9 bar Druck. Pläne zur Wiederverstromung von Ammoniak, vor allem in Brennstoffzellen, die sogenannte kalte Verbrennung, stecken noch in den Kinderschuhen; als Treibstoff – die sogenannte heiße Verbrennung – ist Ammoniak im Bereich Mobilität schon lange bekannt: In New Orleans fuhren bereits 1872 die Straßenbahnen mit Ammoniak, belgische Busse liefen im 2. Weltkrieg mit Ammoniak, 1981 wurde in den USA ein Chevrolet Impala so verändert, dass er mit Ammoniak betrieben werden konnte. Und seit 2007 beschäftigte sich das Ocean Energy Institute in Maine/USA mit dem Projekt, mithilfe von Offshore-Windkraftanlagen und der Elektrolyse von Meerwasser nach dem Haber-Bosch-Prozess Ammoniak zu erzeugen und auf diese Weise die USA von ihrer Erdölabhängigkeit zu befreien. Dies wäre eine Alternative zu dem heute noch hoch gelobten Elektroauto.]Der 1921 von der Badischen Anilin- und Sodafabrik AG Ludwigshafen am Rhein gebaute Hochdruck-Reaktor (Stahl) zur Ammoniak-Synthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren. Aufgestellt auf dem Gelände der Universität Karlsruhe – Foto © Drahkrub – Eig. Werk, CC BY-SA 3.0, commons.wikimedia.org

Wird Ammoniak in Brennstoffzellen verbrannt, entstehen als Abgase lediglich Stickstoff und Wasser. Dass eine Ammoniak-Brennstoffzelle im Prinzip funktioniert, ist schon seit den 60er Jahren bekannt, damals gab es ein erstes Patent. Aber noch wachsen die Bäume nicht in den Himmel. Denn die Stromdichten sind noch zu gering. Die Stabilität der Membranen, die in der Brennstoffzelle die Reaktion kontrolliert ablaufen lassen, ist noch nicht zufriedenstellend. Doch wenn das gelöst wird, dient die Ammoniak-Brennstoffzelle am ehesten dazu, kurzfristig auftretenden Strombedarf zu decken oder Autos anzutreiben.

Klimafreundlich

Und der Ammoniak hat einen weiteren Vorteil: NH3 hat kein Ozonabbaupotenzial und keinen Treibhausgaseffekt. Bei Leckagen an Klimaanlagen oder Transportleitungen wird das Klima nicht geschädigt. (Allerdings muss der Kreislauf möglichst geschlossen bleiben, da Ammoniak die Feinstaubbildung fördern oder auf Umwegen zu Lachgas werden kann.) Jedenfalls ist Ammoniak auch den in der Klimatechnik gängigen Kältemitteln R134a und R410A vorzuziehen, denn deren Treibhauspotenzial (GWP) ist mehr als tausendmal höher als das von CO2. Damit hat Ammoniak das Potenzial, synthetische Kältemittel zumindest teilweise überflüssig zu machen.

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