Industrie und Forschung arbeiten gerade daran, Wasserstoff im großen Maßstab als Energieträger einsetzen zu können. Vom gigantischen Import-Terminal bei Thyssenkrupp Uhde bis zum dezentralen Hightech-Cracker des Fraunhofer IMM.
- Ammoniak ist ein wichtiger Baustein, um der Wasserstoff-Technologie zum Durchbruch zu verhelfen.
- Thyssenkrupp und das Fraunhofer-Institut haben zwei technische Lösungen für zentrale Infrastruktur-Herausforderungen entwickelt.
- Eine Geschichte für Table.Media.
Wasserstoff gilt als Hoffnungsträger der Dekarbonisierung, hat jedoch ein großes Problem. Er ist extrem flüchtig, besitzt eine geringe Dichte und um ihn effizient über Ozeane zu transportieren, müsste man ihn auf –253 °C herunterkühlen. Dieser Prozess verbraucht bis zu 30 % der Energie, die der Wasserstoff eigentlich liefern soll. Hier tritt Ammoniak als sogenanntes „Huckepack-System“ auf den Plan. Der Stoff dient als chemischer Container, mit klarem Prozess:
- Einpacken (Synthese): An einem Ort mit viel günstigem Ökostrom (z. B. einer Solaranlage in Australien) wird per Elektrolyse Wasserstoff gewonnen. Dieser wird im Haber-Bosch-Verfahren fest an Stickstoff aus der Luft gebunden. Das Ergebnis ist flüssiges Ammoniak, das nun „huckepack“ den Wasserstoff hocheffizient speichert.
- Transport: Die Flüssigkeit wird in herkömmliche Gastanker gepumpt. Da Ammoniak bei moderaten –33 °C flüssig bleibt, kann es mit vergleichsweise geringem Energieaufwand über die Weltmeere zu uns nach Europa oder nach Asien verschifft werden.
- Auspacken (Cracking): Am Zielort angekommen, muss der Wasserstoff wieder befreit werden. Hier kommen die „Cracker“ (Spaltanlagen) ins Spiel: Unter Hitze und mithilfe von Katalysatoren wird die chemische Bindung gelöst. Der Stickstoff entweicht harmlos in die Luft, und der reine Wasserstoff steht für Brennstoffzellen, Kraftwerke oder die Stahlindustrie zur Verfügung.
Im Gegensatz zum Wasserstoff bringt der Einsatz von Ammoniak eine Reihe von Vorteilen mit sich. Zum einen ist in flüssiger Form die Energiedichte um ca. 70 % höher. Zudem gibt es im Umgang mit Ammoniak bereits Erfahrung im industriellen Maßstab – mit einer globalen Jahresproduktion von über 180 Millionen Tonnen. Während für reinen Wasserstoff völlig neue Sicherheitsstandards und Logistiknetze definiert werden müssen. Mehr zu den Prozessen, Marktchancen und Technologien lesen Sie in der vollständigen Geschichte bei Table Media (Paywall).
Wasserstoff-Infrastruktur als Flaschenhals
Das Hochfahren der Wasserstoff-Industrie hat einen Flaschenhals – die Infrastruktur. Die Industrie benötigt ein europaweites Wasserstoff-Kernnetz. Dieses gewaltige Infrastrukturprojekt wird Jahre dauern, bis es flächendeckend umgesetzt ist. Viele mittelständische Industriebetriebe im Hinterland oder entlegene Logistik-Knotenpunkte werden voraussichtlich nie einen direkten Pipeline-Anschluss erhalten. Sie brauchen eine dezentrale Lösung für diese „letzte Meile“.
Industrieller Cracker von Thyssenkrupp Uhde
Um die riesigen Energiemengen für den Massenmarkt zu bewältigen, setzt Thyssenkrupp Uhde gemeinsam mit Uniper auf extreme Skalierung. In Gelsenkirchen entsteht derzeit eine Demonstrationsanlage im Megawatt-Bereich, die als technologisches Sprungbrett für gigantische Import-Terminals dient. Das Ziel sind Anlagen an Standorten wie Wilhelmshaven, die pro Einheit täglich etwa 1.200 Tonnen Ammoniak spalten können. Sie nehmen das per Schiff eintreffende Ammoniak auf, wandeln es in gewaltige Mengen Wasserstoff um und speisen diesen unter hohem Druck direkt in das nationale Pipelinenetz ein, um die Großindustrie zu versorgen.
Dezentralisierte Cracker vom Fraunhofer IMM
Für Unternehmen abseits der Hauptleitungen bietet das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) die technologische Antwort. Ihr dezentraler Cracker hat lediglich die Größe eines Kleiderschranks und ist darauf ausgelegt, Wasserstoff genau dort zu produzieren, wo er verbraucht wird – etwa direkt auf einem Werksgelände oder an einer Tankstelle. Durch innovative Mikrostrukturen erreicht die Anlage einen Wirkungsgrad von 90 Prozent, was deutlich über dem herkömmlichen Industriestandard von etwa 70 Prozent liegt. Da das System die benötigte Wärme hocheffizient aus den internen Prozessen zurückgewinnt, arbeitet es nahezu autark. Dies ermöglicht es dem Mittelstand, Ammoniak flexibel per Lkw oder Schiene zu beziehen und völlig unabhängig vom Pipeline-Ausbau klimaneutral zu produzieren.
Asien als Reallabor: Ammoniak im Kraftwerk und auf hoher See
Vor allem in Asien finden Thyssenkrupp und das Fraunhofer-Institut derzeit Abnehmer. Japan verfolgt eine weltweit einzigartige Strategie und mischt Ammoniak direkt in bestehende Kohlekraftwerke (Co-firing) bei, um deren CO₂‑Ausstoß zu senken. Das Ziel ist die vollständige Umstellung auf reine Ammoniak-Turbinen bis 2030. In Südkorea arbeitet Hyundai daran, Containerschiffe mit Ammoniak-Antrieben auszustatten. Gleichzeitig entstehen in Häfen wie Ulsan riesige Import-Hubs, die das Rückgrat für eine landesweite Wasserstoff-Versorgung von Bussen und Lastwagen bilden sollen.
In China soll Ammoniak die Energieautonomie fördern. Das funktioniert über Wind- und Solarparks im Landesinneren, die häufig nicht an das Stromnetz angeschlossen sind, weil es sonst überlastet wäre. Die Lösung ist die sogenannte „Green Power Direct Connection“, bei der gigantische Windparks in der Inneren Mongolei mit Ammoniak-Syntheseanlagen gekoppelt werden. Das Projekt der Envision Group produziert so jährlich bis zu 1,5 Millionen Tonnen grünes Ammoniak. China baut derzeit eigene Pipelines zu den Exporthäfen, um als globaler Lieferant zu dienen.
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China möchte Wasserstoff gleich in mehreren Bereichen einsetzen. Zum einen möchte die Volksrepublik den Wasserstoff bzw. Ammoniak im großen Maßstab exportieren. Auch im Automobilbereich ist die Technik noch im Rennen. Die Hersteller treiben die Forschung in diesem Bereich voran. Ein Highlight – egal wie praxistauglich – ist sicherlich ein Antrieb von FAW, der mit Wasserstoff, Benzin und per Elektromotor für Vortrieb sorgt.
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