Ersetzt “umgekehrte Brennstoffzelle” Haber-Bosch?

Ammoniak könnte den Globus CO2-frei antreiben – wenn Effizienz erreicht wird

Die alten, trockenen Landschaften Australiens sind fruchtbarer Boden für neues Wachstum, für riesige Wälder von Windmühlen und Sonnenkollektoren – sagt Douglas MacFarlane, Chemiker an der Monash University am Stadtrand von Melbourne, in einem Artikel von Robert F. Service in Science über eine neue Art der Ammoniak-Synthese.

Kaum ein anderes Land trifft mehr Sonnenlicht pro Quadratmeter – leitet Service seinen Bericht ein – und kräftige Winde prallen auf seine Süd- und Westküste. Insgesamt verfügt Australien über ein Erneuerbares Energiepotenzial von 25.000 Gigawatt, eines der größten der Welt und etwa die vierfache installierte Stromproduktionskapazität des Planeten. Doch mit einer geringen Bevölkerungsdichte und wenigen Möglichkeiten, die Energie zu speichern oder zu exportieren, bleibt die Erneuerbare Ressource des fünften Kontinents weitgehend ungenutzt.

Da kommt MacFarlane ins Spiel. Seit vier Jahren arbeitet er an einer Brennstoffzelle, die Erneuerbaren Strom in kohlenstofffreien Brennstoff umwandeln kann: Ammoniak. Brennstoffzellen nutzen in der Regel die in chemischen Bindungen gespeicherte Energie zur Stromerzeugung; MacFarlanes Zelle arbeitet in umgekehrter Richtung. In seinem Labor im dritten Stock zeigt er eines der Geräte, etwa so groß wie ein Hockeypuck und mit Edelstahl verkleidet. Zwei Plastikschläuche auf der Rückseite führen ihm Stickstoffgas und Wasser zu, und ein Netzkabel versorgt ihn mit Strom. Durch ein drittes Rohr an der Vorderseite tritt geräuschlos gasförmiges Ammoniak aus, ohne die Hitze, den Druck und die Kohlenstoffemissionen, die normalerweise für die Herstellung der Chemikalie erforderlich sind. “Das ist wie Stickstoff einatmen und Ammoniak ausatmen”, sagt MacFarlane und strahlt wie ein stolzer Vater.

Unternehmen auf der ganzen Welt produzieren bereits jedes Jahr Ammoniak im Wert von mehr als 50 Milliarden Dollar (30 Mrd. €) , vor allem als Düngemittel, und MacFarlanes Ding kann es ihnen ermöglichen, es effizienter und sauberer zu produzieren. Und er hat Ambitionen, viel mehr als nur den Bauern zu helfen. Durch die Umwandlung von Erneuerbarer Elektrizität in ein energiereiches Gas, das leicht gekühlt in flüssigen Brennstoff verwandelt werden kann, füllt die Brennstoffzelle von MacFarlane Sonne und Wind effektiv ab und macht sie zu einer Ware, die überall auf der Welt verschifft und wieder in Strom oder Wasserstoffgas umgewandelt werden kann, um Brennstoffzellen-Fahrzeuge anzutreiben. Das Gas, das aus der Brennstoffzelle sprudelt, ist farblos, aber umweltfreundlich, sagt MacFarlane, Ammoniak ist so grün wie möglich. “Flüssiges Ammoniak ist flüssige Energie”, sagt er. “Es ist die nachhaltige Technologie, die wir brauchen.”

Ammoniak (NH3) – ein Stickstoffatom, an das drei Wasserstoffatome gebunden sind – mag nicht wie ein idealer Brennstoff erscheinen: Die Chemikalie, die in Haushaltsreinigern verwendet wird, riecht übel und ist giftig. Aber ihre Energiedichte ist fast doppelt so hoch wie die des flüssigen Wasserstoffs – sein Hauptkonkurrent als umweltfreundlicher alternativer Kraftstoff – und sie ist einfacher zu transportieren und zu verteilen. “Man kann es speichern, versenden, verbrennen und wieder in Wasserstoff und Stickstoff umwandeln”, sagt Tim Hughes, ein Energiespeicherforscher beim Produktionsriesen Siemens in Oxford, Großbritannien.

Forscher rund um den Globus verfolgen die gleiche Vision einer “Ammoniakwirtschaft” und Australien positioniert sich als Vorreiter. “Es fängt gerade erst an”, sagt Alan Finkel aus Canberra. “Bundespolitiker haben noch keine großen Gesetze zur Förderung von Erneuerbarem Ammoniak vorgelegt”, sagt Finkel, Chefwissenschaftler der Regierung und Präsident der australischen Akademie der Technischen und Ingenieurwissenschaften und ehemaliger Kanzler der Monash University, vielleicht verständlich in einem Land, das seit langem mit dem Export von Kohle und Erdgas verbunden ist. Aber im vergangenen Jahr erklärte die Australische Agentur für Erneuerbare Energien, dass die Schaffung einer Exportwirtschaft für Erneuerbare Energien eine ihrer Prioritäten sei. In diesem Jahr kündigte die Agentur 20 Millionen AU$ (ca. 12 Mio €) Unterstützung für Erneuerbare Exporttechnologien an, einschließlich Ammoniaktransport.

Australiens Regionalpolitiker sehen Erneuerbares Ammoniak als potenzielle Quelle für lokale Arbeitsplätze und Steuereinnahmen, sagt Brett Cooper, Vorsitzender von Renewable Hydrogen, einem Beratungsunternehmen für Erneuerbare Kraftstoffe in Sydney. In Queensland wird die Errichtung eines Ammoniak-Exportterminals in der Hafenstadt Gladstone diskutiert, die bereits eine Drehscheibe für den Transport von verflüssigtem Erdgas nach Asien ist. Im Februar gewährte der Bundesstaat Südaustralien Zuschüsse und Darlehen in Höhe von 12 Mio. AU$ (7,6 Mio €)  für ein Erneuerbares Ammoniakprojekt. Und im vergangenen Jahr kündigte ein internationales Konsortium Pläne für den Bau einer kombinierten Wind- und Solaranlage mit einem Volumen von 10 Milliarden US-Dollar (8,6 Mrd. €) an, die als Asian Renewable Energy Hub im Bundesstaat Westaustralien bekannt ist. Obwohl die meisten der 9.000 Megawatt des Projekts durch ein Unterwasserkabel fließen werden, um Millionen Haushalte in Indonesien mit Strom zu versorgen, könnte ein Teil dieser Energie zur Erzeugung von Ammoniak für den Fernexport verwendet werden. “Ammoniak ist der Schlüssel zum Export Erneuerbarer Energien”, sagt David Harris, Forschungsdirektor für emissionsarme Technologien bei der australischen Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) in Pullenvale. “Es ist die Brücke zu einer ganz neuen Welt.”

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