Wasserstofftransport: Alles Ammoniak, oder was?

Alle wollen grünen Wasserstoff, die einen früher, die anderen später. Die Anwendungsbereiche des Öko-Gases in der Prozessindustrie sind bekannt; die Methoden zur Herstellung – zentral oder dezentral, im Inland oder im Ausland – ebenfalls. Doch zwischen Herstellung und Anwendung liegt der Transport. Unter den zahlreichen Medien, die hierzu geeignet sind, sticht vor allem Ammoniak heraus. Warum eigentlich? Was sind die Stärken der Chemikalie, und welche Risiken und Nebenwirkungen birgt sie als Wasserstoff-Transportmittel? Eine Übersicht. 

Warum Ammoniak?

Die chemische Formel von Ammoniak (NH3) deutet es an: In einem Ammoniakmolekül kommen auf ein Stickstoffatom drei Wasserstoffatome. Dadurch lassen sich große Mengen Wasserstoff in vergleichsweisen kleinen Volumina Ammoniaks transportieren. Hinzu kommt, dass sich das Gas bereits bei >8 bar oder <-33 °C verflüssigen lässt – also mit deutlich weniger Energieaufwand als für die Verflüssigung von reinem Wasserstoff notwendig ist.

Neueren Stoffen wie LOHC hat Ammoniak voraus, dass es zu den meistproduzierten Chemikalien der Welt gehört: 185 Megatonnen (Mt) wurden laut Hydrogen Europe im Jahr 2020 weltweit produziert. Größter Abnehmer sind Düngemittelproduzenten. Der globale Handel von Ammoniak findet also schon heute im großen Stil statt; zahllose Hersteller könnten ihre Herstellung bei einem Anstieg der Nachfrage hochfahren. 

Und was fehlt in "NH3"? Richtig, "C". Im Gegensatz zu Alkanolen wie Methanol kommt Ammoniak ohne Kohlenstoff aus und läuft daher nicht Gefahr, zusätzliche Treibhausgase in die Atmosphäre zu emittieren. Umweltfreundlich ist seine Produktion dennoch nicht.

Wie fossilfrei ist Ammoniak?

1908 wurde das noch heute genutzte Haber-Bosch-Verfahren patentiert; seit der Gründung von BASF im Jahre 1913 erfolgt es im industriellen Maßstab. Beim Haber-Bosch-Verfahren wird Wasserstoff mit Stickstoff aus der Umgebungsluft bei hoher Hitze und hohem Druck in Ammoniak umgewandelt. Der Prozess wurde über Jahrzehnte optimiert und gilt als äußerst energieeffizient. Nichtsdestotrotz stellt er eine CO2-Quelle dar, was ausgerechnet am Wasserstoff liegt: Heute ist dieser in der Regel noch grau, stammt also aus der klassischen Dampfreformierung fossiler Brennstoffe. 

Um hier Abhilfe zu schaffen, setzen viele Hersteller seit einigen Jahren auf Anlagen zur Produktion von "grünem Ammoniak". Der Begriff meint lediglich, dass der Wasserstoff für die Ammoniaksynthese ohne CO2-Emissionen produziert wurde. Mit anderen Worten kann Ammoniak nur dann als fossilfrei bezeichnet werden, wenn er aus grünem Wasserstoff besteht. So gesehen wäre ein Markthochlauf von grünem Wasserstoff also auch eine Möglichkeit, die Dekarbonisierung der Ammoniakproduktion voranzutreiben.

Beispiel 2: Ammoniakreformierung im Hafen von Antwerpen

Wie sehen Ammoniak-Reformer heute aus? Viele Anlagen befinden sich noch im Projektstadium, regelmäßig kommen neue hinzu. Sie befinden sich naturgemäß meist in der Nähe großer Häfen. Mitte März meldete der französische Gaskonzern Air Liquide, dass er im Hafen von Antwerpen eine Pilotanlage zur Reformierung von Ammoniak im industriellen Maßstab errichten werde. Dabei kommt eine neuartige Technologie zum Einsatz.

Der sogenannte „Ammoniak-Cracker" – es wäre die erste Anlage dieser Art in Belgien – soll durch den Einsatz effizienterer Technologie weniger CO2 emittieren. Die Pilotanlage, die das neuartige Verfahren mit firmeneigenen Technologien kombiniert, soll schon 2024 in Betrieb genommen werden. Die flämische Regierung hat über die VLAIO (Flämische Agentur für Innovation und Unternehmertum) eine finanzielle Unterstützung für das Projekt zugesagt.

Fazit

Ammoniak besitzt Potenzial. Wie so oft müssen die „wenns" allerdings mitgedacht werden: Neben der Hochdruck-Pipeline ist er das derzeit wohl aussichtsreichste Medium zum Wasserstofftransport, wenn er aus grünem Wasserstoff gewonnen wird, wenn der Transport sicher und umweltschonend erfolgt und wenn sowohl Synthese als auch Rückgewinnung energieeffizient sind.

Der größte Vorteil ist wohl, dass Ammoniak überall dort erzeugt werden kann, wo auch grüner Wasserstoff in großen Mengen entsteht, zum Beispiel in sonnen- und windreichen, abgelegenen Regionen wie der Wüste Nordafrikas. Von hier aus kann er anschließend vergleichsweise einfach per Schiff nach Europa und anderswo gebracht werden. Stehen dann effiziente Cracking-Anlagen in den Häfen bereit, kann er dort schnell wieder aufgespalten werden, um den Wasserstoff danach – über ein noch zu bauendes Pipeline-Netz – schnell und kostengünstig zu den industriellen Verbrauchern zu bringen.

Der Hafen von Rotterdam hat Ende Mai untersucht, wie viel Ammoniak sich dort perspektivisch umsetzen ließe. Die Antwort: 1 Mio. Tonnen – pro Jahr. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Ammoniak eine "realistische und sichere Methode für großangelegte Wasserstofftransporte" darstellt, eine zentrale Cracking-Anlage auf dem Hafengelände sei zudem effizienter ist als mehrere dezentrale. 

Fakt ist: Wenn es im Zuge des Wasserstoff-Booms auch zu einem Ammoniak-Boom kommt, sind Unternehmen gut beraten, sich zeitnah mit den entsprechenden Technologien zu beschäftigen.

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