Klimaneutrale Ammoniakherstellung etablieren
Übersicht
Ammoniak (NH3) ist eine chemische Verbindung die u.a. als Grundbaustein der Aminosäuren von Lebewesen fungiert. Die industrielle Ammoniaksynthese dient vor allem der nachgelagerten Düngemittelproduktion für die Landwirtschaft. Für eine Emissionsreduktion existieren grundsätzlich zwei Wege. Zum einen die Verwendung grünen Wasserstoffs, zum anderen die direktelektrische Synthese mit Wasser 1. Dafür müssen Erneuerbare Energien und Wasserstoffkapazitäten verstärkt gefördert werden.
Argumentation
Da die direktelektrische Synthese von Ammoniak bisher nicht im industriellen Maßstab erprobt ist, sollte der Fokus mittelfristig auf der Verwendung von grünem Wasserstoff liegen. Dabei wird Energie über die Verbrennung von Wasserstoff bereitgestellt, um Stickstoffmoleküle (N2) aus der Luft zu trennen. Zugleich dient molekularer Wasserstoff (H2) als Quelle für die benötigten Wasserstoffatome (H) zur Bildung von Ammoniak. Eine klimaneutrale Ammoniakproduktion ist schon deswegen für den Klimaschutz relevant, weil Ammoniak auch für den Transport gebundener Wasserstoffatome genutzt werden kann. Diese können später an den jeweiligen Einsatzorten zurückgewonnen und weiterverwendet werden. Nach aktueller Prognose liegt der Wasserstoffbedarf für die deutsche Ammoniakherstellung im Jahr 2030 bei 95 bis 130 TWh. Dies stellt immense Anforderungen an den Ausbau erneuerbarer Energien, insbesondere da Umwandlungsverluste bei der Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse berücksichtigt werden müssen.
Wissenswert
Relative Emissionen der klassischen Ammoniak-Herstellung liegen zwischen 2,9 t CO2/t NH3.
Quelle: Wang et al. (2021)
Die konventionelle Ammoniakherstellung kostete 2020 etwa 350 € pro Tonne NH3 und wird durch steigende CO2-Preise teurer. Die aktuellen Kosten für „grünes“ Ammoniak liegen bei bis zu 1700 € pro Tonne, könnten jedoch bis 2050 auf etwa 530 € pro Tonne sinken, abhängig von regionalen Faktoren und technologischem Fortschritt.
Quelle: Ausfelder et al. (2022)
Nach einer Fallstudie kann die Produktion von grünem Ammoniak in Australien und dessen Import zur Deckung des deutschen Bedarfs ab CO2-Preisen von 90-180 € pro Tonne wirtschaftlich gegenüber der klassischen Herstellung werden.
Quelle: Egerer et al. (2023)
Praxisbeispiele
Pilotprojekte zur Herstellung grünen Ammoniaks
In Pilotprojekten in Oxford, UK und Fukushima, Japan wird die Herstellung grünen Ammoniaks mit vor Ort erzeugter erneuerbarer Energie erprobt. Außerdem entsteht eine kommerzielle Produktion (20 000 t/a) für grünes Ammoniak als Teil des weltweit größten Ammoniak-Produktionswerkes in Louisiana, USA.
Quellen & Links
Electrochemical synthesis of ammonia as a potential alternative to the Haber–Bosch process. Nat Catal 2:377–380.
Ausfelder F, López L, Herrmann E (2022) Perspective Europe 2030 Technology options for CO2-emission reduction of hydrogen feedstock in ammonia production. DECHEMA e.V.
Ammonia Energy Association - Green ammonia demonstration plants now operational, in Oxford and Fukushima
Egerer J, Grimm V, Niazmand K, Runge P (2023) The economics of global green ammonia trade – “Shipping Australian wind and sunshine to Germany.” Appl Energy 334:120662.
Wang M, Khan MA, Mohsin I et al. (2021) Can sustainable ammonia synthesis pathways compete with fossil-fuel based Haber–Bosch processes? Energy Environ Sci 14:2535–2548.
Clean Energy Initiatives | CF Industries. Accessed: 11. June 2024
Zuständige Bundesminister:innen
Bundestagsabgeordnete aus den zuständigen Ausschüssen
Pilotprojekte zur Herstellung grünen Ammoniaks
In Pilotprojekten in Oxford, UK und Fukushima, Japan wird die Herstellung grünen Ammoniaks mit vor Ort erzeugter erneuerbarer Energie erprobt. Außerdem entsteht eine kommerzielle Produktion (20 000 t/a) für grünes Ammoniak als Teil des weltweit größten Ammoniak-Produktionswerkes in Louisiana, USA.
Electrochemical synthesis of ammonia as a potential alternative to the Haber–Bosch process. Nat Catal 2:377–380.
Ausfelder F, López L, Herrmann E (2022) Perspective Europe 2030 Technology options for CO2-emission reduction of hydrogen feedstock in ammonia production. DECHEMA e.V.
Ammonia Energy Association - Green ammonia demonstration plants now operational, in Oxford and Fukushima
Egerer J, Grimm V, Niazmand K, Runge P (2023) The economics of global green ammonia trade – “Shipping Australian wind and sunshine to Germany.” Appl Energy 334:120662.
Wang M, Khan MA, Mohsin I et al. (2021) Can sustainable ammonia synthesis pathways compete with fossil-fuel based Haber–Bosch processes? Energy Environ Sci 14:2535–2548.
Clean Energy Initiatives | CF Industries. Accessed: 11. June 2024
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