Ammoniak als Wasserstoffspeicher

Ammoniak gilt derzeit als eines der vielversprechendsten Speicher- und Transportmedien für Wasserstoff. In Form von Ammoniak können große Mengen Wasserstoff technisch vergleichsweise einfach transportiert werden. Gleichzeitig bietet Ammoniak den Vorteil, dass es bei atmosphärischem Druck und Temperaturen von -35 °C flüssig gespeichert und transportiert werden kann. Dadurch empfiehlt es sich vor allem in Bereichen wie Schiffstransport von Wasserstoff über lange Distanzen oder an Orten, wo eine lange Speicherdauer für Wasserstoff benötigt wird.

Eine der Hürden auf dem Weg zur Nutzung als Wasserstoffspeicher: Ammoniak wird üblicherweise mittels Haber-Bosch-Verfahren aus Stickstoff und Wasserstoff großtechnisch erzeugt. Standard ist die Bereitstellung des benötigen Wasserstoffs aus Erdgas über die Dampfreformierung. Damit verursacht das Verfahren global betrachtet mehr als 450 Millionen t/a CO2-Emissionen.

Eine weitere Herausforderung ergibt sich beim Cracken – also der Aufspaltung von Ammoniak in Wasser- und Stickstoff. Vorhandene Technologien konzentrieren sich auf das zentrale Cracken z.B. an Häfen. Es fehlt an Lösungen im kleinskaligen Maßstab für das dezentrale Cracken, das mehrere Vorteile bietet: Es ermöglicht eine flexible und direkte Nutzung von Wasserstoff an vielen Standorten und kann kosteneffizienter sein. Denn der Aufwand für den Wasserstofftransport über die letzte Meile hin zum Nutzer und die lokale dezentrale Speicherung können bis zu 50 Prozent der Gesamtkosten betragen.

Lösungen und Leistungen von Fraunhofer UMSICHT: Ammoniak effizienter erzeugen und aufspalten

Fraunhofer UMSICHT arbeitet an energieeffizienteren Synthese- und Crackverfahren bei Einsatz von Strom aus regenerativen Energien. Zu nennen sind insbesondere die elektrochemische Ammoniaksynthese und die plasmabasierte Ammoniaksynthese. Letztere erfolgt im Gleitlichtbogenreaktor mit energieeffizienter, kalter Stickstoffanregung unter Einsatz kostengünstiger Nichtedelmetall-basierter Katalysatoren und bringt weitere energetische Vorteile durch die Synthese bei Atmosphärendruck mit sich.

Mit Blick auf das dezentrale Cracken von Ammoniak arbeiten wir an elektrisch beheizten Reaktoren, die mit deutlich höherer Effizienz als in etablierten Verfahren das Katalysatorbett beheizen: direkt statt indirekt über eine Mantelheizung. Dies erfolgt zudem über Strom, so dass das System Ammoniak potenziell mit sehr geringen CO2-Emissionen zersetzen kann.

Konkret umfassen unsere Leistungen:

  • Entwicklung von Verfahren und Prozessen zur Speicherung, Transport und Konvertierung von Wassersoff zu unterschiedlichen Derivaten wie Ammoniak, Methanol, Kraftstoffe oder Chemikalien
  • Entwicklung von elektrisch beheizten Reaktorsystemen
  • Katalysatorentwicklung und -testung
  • Verfahrenstechnische Simulation und Modellierung
  • Plasmareaktorentwicklung

Ihr Weg zur Zusammenarbeit mit uns

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Sie sehen einen Forschungs- oder Entwicklungsbedarf oder sind auf eine vielversprechende Fraunhofer-Technologie aufmerksam geworden: Ihr Unternehmen will beispielsweise eine Material- oder Produktinnovation auf den Markt bringen, ein internes Produktionsverfahren bewerten und verbessern lassen oder auf eine erwartbare Marktnachfrage möglichst zeitnah reagieren. Dann bietet sich an, unser Institut direkt mit der Entwicklung von Lösungswegen für Ihre Herausforderung zu beauftragen. Im Gespräch klären wir gemeinsam die Rahmenbedingungen, wie wir Ihr Unternehmen mit unserem Know-how und unserer Infrastruktur erfolgreich weiterbringen können. Dabei ist Ihre Unternehmensgröße unerheblich: Unsere Teams unterstützen Kleinunternehmen genauso professionell mit Forschungs- und Entwicklungsleistung wie Auftraggeber aus Mittelstand oder DAX.

 

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Mehrere Partner entlang einer Wertschöpfungskette arbeiten gemeinsam an einer Lösung – meist im Rahmen einer öffentlichen Förderung. Wir können dazu auf ein großes Netzwerk aus Industrie, Forschung, Gesellschaft und dem Umfeld der Fraunhofer-Institute aufbauen. Wir sind routiniert sowohl in der Auswahl von Förderprogrammen als auch in der Projektbeantragung, bringen innovative Impulse in die Bearbeitung ein und gestalten anschließend den Transfer in den Markt gemeinsam mit Ihnen und weiteren Partnern.

 

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FAQ
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Wie bei jeder neuen Kooperation sind zu Beginn Dinge unklar: Wie verläuft eigentlich eine Zusammenarbeit mit Fraunhofer und kann mir Fraunhofer überhaupt helfen? Stellt Fraunhofer seine Forschungs- und Entwicklungsarbeit für mein Unternehmen in Rechnung und wem gehören eigentlich die Ergebnisse der Kooperation? Einige generelle Antworten auf Frequently Asked Questions hat die Fraunhofer-Gesellschaft bereits zusammengestellt. Unsere Projekte sind jedoch so individuell wie Ihre technologischen Herausforderungen. Deshalb gilt: Bei Fragen melden Sie sich am besten bei uns!

 

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Referenzprojekte rund um Ammoniak als Wasserstoffspeicher

 

Carbon2Chem®

Das Verbundprojekt widmet sich der Entwicklung von Bausteinen für den Kohlenstoffkreislauf: Prozessgase der Industrie – z.B. Hüttengase der Stahlproduktion – werden als Kohlenstoffquelle für die chemische Industrie erschlossen.

 

Leistungszentrum DYNAFLEX®

Ziel des Leistungszentrums: zukunftsfähige Produktionssysteme planen zu können. 

Weitere Informationen

Fraunhofer-Leitprojekt »AmmonVektor«

zur Internetseite

Katalysatoren für den industriellen Einsatz

zur Internetseite

»Ammoniak ist einer von vielleicht zwei oder drei aussichtsreichen Kandidaten, um Wasserstoff besser transportfähig zu machen«: Andreas Menne über den Transport von Wasserstoff

zum Interview vom 27.07.2021

Influence of the catalyst precursor for cobalt on activated carbon applied in ammonia decomposition

zur Publikation vom 01.03.2024