Der Traum von einer Weltwirtschaft, die mit erneuerbarem Wasserstoff betrieben wird, rückt immer stärker in den Fokus, bis auf einen entscheidenden Knackpunkt. Der Transport von Wasserstoff von einem Ort zum anderen verursacht zusätzliche Kosten. Energieverlust ist auch ein Problem. Ein kostengünstiges, effizientes und nachhaltiges Transportmedium würde die Lücke füllen, und anscheinend steht grünes Ammoniak an erster Stelle.
Wasserstoff von hier nach dort bringen
Das US-Energieministerium zählt zu denjenigen, die Ammoniak im Auge behalten, um die Kosteneffizienz zu verbessern Speicherung und Transport von Wasserstoff. Die chemische Formel für Ammoniak ist NH3. Die Herausforderung besteht darin, den Wasserstoff dann abzuspalten, wenn er benötigt wird, wirtschaftlich und effizient.
Im Jahr 2006 veröffentlichte das Energieministerium ein Whitepaper, in dem es erklärte, warum es sich lohnt, Ammoniak zu verfolgen, anstatt nur Wasserstoff zu transportieren.
Das Energieministerium vermutete, dass neue, speziell gebaute Pipelines für den Wasserstofftransport nicht in Frage kommen würden, zumindest nicht in den Anfangsjahren des expandierenden Wasserstoffmarktes. Angesichts des Widerstands gegen die Ölpipeline Keystone XL und andere fossile Energiepipelines in den letzten Jahren war das eine vorausschauende Beobachtung.
Die Agentur stellte auch fest, dass LKW- und Bahnalternativen verfügbar waren, aber relativ teuer waren. Sie kamen zu dem gleichen Schluss für verflüssigten Wasserstoff.
„Flüssigwasserstofftanker sind billiger, aber die Verflüssigung ist mit einem erheblichen Energie- und Kostennachteil verbunden (derzeit sind >30 % des Energieinhalts von Wasserstoff erforderlich, um ihn zu verflüssigen)“, stellte das Energieministerium fest.
Die Ammoniak-Verbindung
Um diese Hindernisse zu überwinden, favorisierte das Energieministerium den Carrier-Ansatz, bei dem Wasserstoff als Element in einem anderen Medium transportiert und dann an seinem Verwendungsort extrahiert wird.
„Um effektiv zu sein, müssen Transportunternehmen mehrere Kriterien erfüllen. Sie sollten hohe effektive Energiedichten (Wasserstoff) aufweisen (Flüssigkeiten oder Feststoffe). Die damit verbundenen Hydrier-Dehydrier-Prozesse sollen einfach und energieeffizient sein“, erklärt die Energieabteilung.
Die Behörde erkannte zwar Ammoniak als gefährlichen Stoff an, befürwortete jedoch seine Verwendung als Wasserstoffträger.
„Ammoniak ist eines der wenigen Materialien, das billig produziert, effizient transportiert und direkt in Wasserstoff und ein umweltfreundliches Nebenprodukt umgewandelt werden kann“, schlossen sie.
Vom grünen Wasserstoff zum grünen Ammoniak
Der Ammoniak-als-Träger-Ansatz ist nicht besonders grün, wenn der überwiegende Teil der weltweiten Wasserstoffversorgung aus Erdgas und anderen fossilen Ressourcen stammt. Allerdings hat sich das Drehbuch in den letzten Jahren gewendet. Nachhaltigere Wasserstoffquellen drängen in die Weltwirtschaft, vor allem durch Elektrolysesysteme, die mit erneuerbarer Energie grünen Wasserstoff aus Wasser erzeugen. Fügen Sie Umgebungsstickstoff aus der Luft hinzu, und das Ergebnis ist ein nachhaltigeres Mittel zur Herstellung von Ammoniak.
In einer interessanten Wendung haben die sinkenden Kosten der Elektrolyse eine neue Möglichkeit eröffnet, Netzwerke kleiner Wasserstoffanlagen zu entwickeln, die auf die Produktion für den Einsatz vor Ort abzielen. Das Energieministerium untersuchte diesen Weg 2006 und verwarf ihn als kostenintensiv in einem Szenario mit Wasserstoff aus fossilen Quellen. Jetzt setzt sich die Agentur für das verteilte Produktionsmodell ein, um den Landwirten zu helfen. Die Idee ist, Windkraftanlagen auf landwirtschaftlichen Betrieben einzusetzen, um Elektrolysesysteme zu betreiben, wodurch Landwirte in die Lage versetzt werden, ihren eigenen Wasserstoffbrennstoff und Ammoniakdünger vor Ort herzustellen.
Grünes Ammoniak als Wasserstoffträger
Unabhängig von der Verfügbarkeit kostengünstiger, dezentralisierter erneuerbarer Energiequellen werden zentralisierte Elektrolyseanlagen höchstwahrscheinlich weiterhin eine führende Rolle in der aufstrebenden Wasserstoffwirtschaft spielen, und Siemens gehört zu den Interessengruppen des Privatsektors, die darauf setzen.
Die Siemens Energy-Niederlassung des Unternehmens leitet ein Konsortium zum Bau eines 3,5 Millionen Pfund teuren Ammoniak-Crackers im Vereinigten Königreich in Newcastle. Ziel ist die großtechnische Produktion von grünem Wasserstoff aus Ammoniak direkt am Verbrauchsort.
Siemens nennt die hohe Energiedichte und Transportfähigkeit von Ammoniak sowie den Vorteil einer bestehenden Lieferketteninfrastruktur und die nachhaltige Produktion von grünem Ammoniak aus grünem Wasserstoff.
Auch Siemens Energy Ventures ist Partner des Projekts FFI (der grüne Zweig von Fortescue Metals Group), das Unternehmen für grünen Wasserstoff GeoPuraund Innovieren Sie Großbritanniendie nationale Innovationsagentur.
„Das System wird so konzipiert, dass es hochreinen Wasserstoff liefert, der für die Verwendung in PEM-Brennstoffzellen geeignet ist, und zwar unter Verwendung des Reinigungsprozesses der Metallmembrantechnologie (MMT) von FFI“, erklärt Siemens.
„Das vom FFI und Australiens nationaler Wissenschaftsbehörde, der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), entwickelte MMT-Verfahren ist der Schlüssel zur Herstellung von hochreinem Wasserstoff aus dem Ammoniak-Krackverfahren“, fügt Siemens hinzu. „Er filtert den Wasserstoff selektiv, während andere Gase blockiert werden, sodass er beim Auftanken als Kraftstoff verwendet und nach Bedarf umgewandelt werden kann.
Die Rückkehr des Wasserstoffautos
In Bezug auf die Bereitstellung von nachhaltigem Wasserstoff für die netzferne Nutzung hat das Projekt „Grünes Ammoniak“ einen guten Start hingelegt. GeoPura setzt bereits seine transportablen grünen Wasserstoff-Brennstoffzellen „Hydrogen Power Units“ für den Einsatz an netzfernen Standorten ein, einschließlich des Standorts der Netflix/BBC Winterwache Serie und die ehrgeizigen CO2-freies Eisenbahnprojekt HS2.
Wenn alles nach Plan läuft, wird der neue grüne Ammoniak-Cracker vergrößert und zur Dekarbonisierung von Industrieanlagen sowie zur Stromerzeugung und Wärmeenergie im Netzmaßstab eingesetzt.
Inzwischen sieht Siemens auch einige Mobilitätsanwendungen für Wasserstoff aus dem Green-Ammoniak-Projekt.
Der Mobilitätswinkel kreist zurück zu dem Weißbuch des Energieministeriums von vor 16 Jahren (Hier ist wieder dieser Link). Das Papier trug den Untertitel: „Eine Studie über Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von Ammoniak für die Wasserstoffspeicherung an Bord von Fahrzeugen.” Die DaimlerChrysler Corporation, die Ford Motor Company und General Motors waren die Brennstoffzellen-Stakeholder der Automobilindustrie, die sich mit der Energieabteilung zusammengetan haben, um das Papier zu produzieren.
BP America, Chevron Corporation, ConocoPhillips, Exxon Mobil Corporation und Shell Hydrogen waren ebenfalls an Bord, nachdem sie das Potenzial von Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeugen erkannt hatten, um ihnen einen neuen Markt für aus Erdgas gewonnenen Wasserstoff zu erschließen.
In den letzten 16 Jahren hat sich sicherlich einiges geändert. Wasserstoff-Brennstoffzellen-Fahrzeuge haben sich hier in den USA nur langsam durchgesetzt, was alle Gedanken an leichte Beute auf dem Mobilitätsmarkt für Interessenvertreter fossiler Energie zerstreut. Wenn Brennstoffzellenfahrzeuge zum Mainstream werden, werden Flottenbesitzer höchstwahrscheinlich lieber mit grünem Wasserstoff tanken als mit Wasserstoff aus fossilen Quellen.
Grünes Ammoniak als Onboard-Wasserstoffträger für Brennstoffzellenfahrzeuge scheint auf der Strecke geblieben zu sein. Seit letztem Jahr scheinen die US-DRIVE-Partner des Energieministeriums mehr Aufmerksamkeit auf Verbesserungen zu richten Wasserstoffspeichertechnologie.
Irgendwann in der blitzgrünen Zukunft muss grünes Ammoniak möglicherweise auch mit flüssigen organischen Wasserstoffträgern konkurrieren, kohlenstoffbasierte Wasserstoff-„Schwämme“ und andere Hightech-Speichermaterialien für die Onboard-Energiespeicherung in Fahrzeugen.
Die Schifffahrtsbranche ist eine ganz andere Geschichte, als Maersk und andere führende Flottenbesitzer Beginnen Sie, sich auf grünen Ammoniak-Kraftstoff zu konzentrieren, um die maritimen Emissionen zu dekarbonisieren.
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Bild: Netzunabhängige Nutzung von nachhaltigem Wasserstoff für die Filmproduktion, mit freundlicher Genehmigung von GeoPura.
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