Wasserstoff-Vektor: Fraunhofer ISE forscht an neuem Power-to-Ammonia-Prozess

Ammoniak gilt als wettbewerbsfähigstes Wasserstoffderivat mit dem technologisch höchsten Reifegrad. Die Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak (und wieder zurück) ist insbesondere für den Transport des klimaneutralen Energieträgers relevant.

In einem vom BMWK geförderten Projekt mit dem Titel "Process Intensification & Advanced Catalysis for Ammonia Sustainable Optimized process", kurz "PICASO", arbeiten das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, die Universität Ulm und das Fukushima Renewable Energy Institut (FREA-AIST) an einem neuartigen Power-to-Ammonia- (PtA) Prozess für die nachhaltige Ammoniaksynthese. Das Verfahren könnte die CO2-Emissionen im Vergleich zum üblichen Verfahren um 95 Prozent senken.

Anders als beim herkömmlichen Haber-Bosch-Verfahren erlaubt der PtA-Prozess den Einsatz von aktiveren Niedrigtemperatur-Katalysatoren. Eine Analyse des PICASO-Prozesses hat nun ein Energieeinsparungspotenzial von 50 Prozent ergeben. Durch das alternative Verfahren kann die thermodynamisch mögliche Ammoniakausbeute gesteigert werden und der Betrieb bei niedrigeren Drücken ermöglicht werden. Auch muss keine unverbrauchte Energie mehr zurückgeführt werden.  Speziell für dieses Versuchsprojekt hat der japanische Partner FREA-AIST einen neuen Ruthenium-Katalysator entwickelt. Die Reaktion und die Abtrennung von Ammoniak laufen in-situ in einem integrierten Reaktor ab. So wird die Herstellung von Ammoniak deutlich wirtschaftlicher möglich: "Da die Kompressoren und Wärmetauscher mit einem Anteil von 90 Prozent an den Investitionskosten die größten Kostentreiber bei der konventionellen Ammoniak-Synthese sind, bieten diese Verbesserungen ein enormes Potenzial für die Wirtschaftlichkeit flexibler Ammoniak-Produktionsanlagen, die auch in entlegenen Regionen einsetzbar sind," sagt Dr.-Ing. Ouda Salem, Gruppenleiter Power-to-Liquids am Fraunhofer ISE.

Prof. Dr.- Ing. Robert Güttel, Leiter des Instituts für Chemieingenieurwesen an der Universität Ulm, ergänzt: "Außerdem können wir Wasserstoff und Stickstoff wesentlich besser ausnutzen, wenn keine Rückführung erforderlich ist, so dass wir die stoffliche und energetische Effizienz des gesamten PtA-Prozesses deutlich steigern können."

Langfristiges Ziel des Projekts ist die Hochskalierung des integrierten Reaktors auf Demonstrationsniveau und dessen Erprobung in einer Pilotanlage am Standort des assoziierten Partners FREA-AIST in Fukushima.