Angesichts der zunehmenden Besorgnis über den Klimawandel überdenken Branchen auf der ganzen Welt ihre Ansätze zur Nachhaltigkeit. Insbesondere die Stahl- und Schiffsindustrie sucht nach innovativen Lösungen, um ihre Umweltbelastung zu reduzieren.
Eine solcher Lösungen, die sich durchsetzen, ist der Einsatz alternativer Kraftstoffe. Der Übergang zu erneuerbaren und nachhaltigen Energiequellen ist dringender denn je geworden, und die Industrie sucht nun aktiv nach neuen Wegen, um ihren CO₂-Fußabdruck zu reduzieren.
Ein vielversprechender alternativer Kraftstoff dabei ist grünes Ammoniak. Der umweltfreundliche Kraftstoff wird durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Solarenergie hergestellt und kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Obwohl es sich noch um eine relativ neue Lösung handelt, gewinnt ihr Potenzial für einen breiten Einsatz in der Stahl- und Schiffsindustrie schnell an Bedeutung.
Was hat es mit grünem Ammoniak auf sich?
Grünes Ammoniak ist eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichem Ammoniak und bietet eine umweltfreundlichere Option für verschiedene Branchen. Im Gegensatz zu seinem traditionellen Pendant wird grünes Ammoniak aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind- oder Solarenergie hergestellt und hat einen deutlich geringeren CO₂-Fußabdruck. Bei der Herstellung wird Wasserstoff durch Elektrolyse aus Wasser extrahiert und mit Stickstoff zu Ammoniak kombiniert. Dieser nachhaltige Ansatz stellt sicher, dass die Treibhausgasemissionen minimiert werden, was grünes Ammoniak zu einer attraktiven Wahl für Industrien macht, die nach umweltfreundlicheren Alternativen suchen. Sie können den Wasserstoff dann später aus dem Ammoniak extrahieren, um ihn in einer Brennstoffzelle zu verwenden, für die die Technologie bereits existiert, oder ihn einfach direkt verwenden.
Wie grünes Ammoniak genau hergestellt wird.
Der erste Schritt zur Herstellung von grünem Ammoniak wird als Elektrolyse bezeichnet. Es handelt sich um einen Prozess, bei dem Wassermoleküle [H2O] mithilfe von Elektrizität in Wasserstoff [H2] und Sauerstoff [O2] gespalten werden. Erneuerbare Energiequellen wie Solar- oder Windkraft werden zur Bereitstellung dieser Elektrizität genutzt. Dieser Aspekt ist wichtig, denn durch Sicherstellung der Verwendung von Energie aus sauberen und nachhaltigen Quellen verifiziert den Ammoniak als grünen Ammoniak.
Im nächsten Schritt wird Luft mithilfe von Kühlung oder Filtration Stickstoff entzogen. Stickstoff macht etwa 78 % der Luft, die wir atmen, aus und ist daher leicht verfügbar.
Im dritten Schritt werden Wasserstoff und Stickstoff durch einen Prozess namens ‘Haber-Bosch-Synthese‘ unter hohem Druck und hoher Temperatur mit Hilfe eines Katalysators auf Eisenbasis kombiniert. Dadurch entsteht Ammoniak.
Um die Qualität des grünen Ammoniaks zu gewährleisten, kann es Reinigungsschritte zur Entfernung von Verunreinigungen werden. Nach der Reinigung kann es in Behältern oder Tanks gelagert werden, bis es einsatzbereit oder transportiert werden kann.
Warum ist Ammoniak besser als die direkte Verwendung von Wasserstoff?
Der Vorteil von Ammoniak gegenüber Wasserstoff ist eine höhere Energiedichte, wodurch es leichter zu speichern und zu transportieren ist. Ammoniak kann bei moderatem Druck verflüssigt und bei Raumtemperatur gelagert werden, während Wasserstoff extrem niedrige Temperaturen oder hohe Drücke zur Speicherung benötigt. Dieser Vorteil macht grünes Ammoniak praktischer für Anwendungen, bei denen Platz und Logistik begrenzt sind, wie z. B. in Schiffen und maritimen Betrieben.
Ein weiterer Vorteil ist die bereits vorhandene Infrastruktur für Ammoniak in verschiedenen Industrien, einschließlich Düngemitteln und Chemikalien. Ammoniak kann über diese vorhandenen Infrastrukturen wie Pipelines und Lagertanks problemlos gehandhabt, gelagert und transportiert werden. Die Infrastruktur für grünen Wasserstoff ist hingegen im Vergleich unterentwickelt und erfordert erhebliche Investitionen für Produktion, Speicherung und Verteilung.
Darüber hinaus verfügt Ammoniak aufgrund seiner weit verbreiteten industriellen Verwendung über gut etablierte Sicherheitsprotokolle und -vorschriften. Es ist einfacher zu handhaben und sicherer zu transportieren als Wasserstoff, der aufgrund seiner hohen Entflammbarkeit und Explosivität strengere Sicherheitsanforderungen hat.
Schließlich kann grünes Ammoniak als Träger von Wasserstoff dienen und CCU-Technologien (Carbon Capture and Utilization) ermöglichen. Durch die Einbeziehung von abgeschiedenem CO2 bei der Ammoniakproduktion kann es dazu beitragen, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und zu einer Kreislaufwirtschaft beizutragen. Dieses CCU-Potenzial bietet einen zusätzlichen Vorteil gegenüber grünem Wasserstoff, der die CO2-Nutzung nicht direkt erleichtert.
Warum grüner Wasserstoff immer noch seine Vorteile hat.
Es ist immer noch wichtig zu beachten, dass grüner Wasserstoff in bestimmten Kontexten immer noch seine Vorzüge hat.
Grüner Wasserstoff ist besonders attraktiv für Anwendungen, die eine hohe Energieausbeute erfordern, wie z. B. Brennstoffzellenfahrzeuge und stationäre Stromerzeugung. Die Fähigkeit, Energie effizient zu speichern und freizusetzen, ist in Szenarien von Vorteil, in denen Platz- und Gewichtsbeschränkungen weniger kritisch sind.
Darüber hinaus geht die Anwendbarkeit von grünem Wasserstoff über Schiffe und die Stahlproduktion hinaus und bietet Möglichkeiten zur Dekarbonisierung in Bereichen wie der Luftfahrt und dem Schwerlastverkehr. Die Fähigkeit von Wasserstoff, über längere Zeiträume ohne nennenswerten Energieverlust gespeichert zu werden, macht ihn zu einer praktikablen Option für die langfristige Energiespeicherung. Durch die Umwandlung überschüssiger erneuerbarer Energie in Wasserstoff in Zeiten der Übererzeugung kann grüner Wasserstoff dazu beitragen, die Variabilität intermittierender erneuerbarer Energiequellen zu verringern und eine zuverlässige Energieversorgung bei Spitzenbedarf zu gewährleisten.
Letztlich hängt die Wahl zwischen grünem Ammoniak und grünem Wasserstoff von den spezifischen Anforderungen, der vorhandenen Infrastruktur und dem Energiebedarf der jeweiligen Branche oder Anwendung ab. Ein umfassender und integrierter Ansatz, der die Stärken beider Optionen berücksichtigt, kann den Weg für eine nachhaltige und kohlenstoffarme Zukunft ebnen.
Wo wird grünes Ammoniak bereits eingesetzt?
Während sich die Produktion und Nutzung von grünem Ammoniak noch in einem frühen Entwicklungsstadium befindet, gibt es einige bemerkenswerte Bereiche, in denen die grüne Ammoniaktechnologie bereits implementiert wird.
Es hat als potenzielles Energiespeichermedium Aufmerksamkeit erregt. Überschüssige erneuerbare Energie, wie Solar- oder Windkraft, kann durch den Elektrolyseprozess in grünes Ammoniak umgewandelt werden. Das Ammoniak kann dann gespeichert und später zur Stromerzeugung oder zur Bereitstellung von Kraftstoff für verschiedene Anwendungen verwendet werden, wenn die Erzeugung erneuerbarer Energien gering oder intermittierend ist. Der maritime Sektor, einschließlich der Schifffahrt und des Seeverkehrs, prüft die Verwendung von grünem Ammoniak als potenzielle Brennstoffquelle. Dabei laufen bereits mehrere Forschungsprojekte und Kooperationen, um mit Ammoniak betriebene Motoren und Antriebssysteme für Schiffe zu entwickeln.
Auch die Stahlindustrie beschäftigt sich mit dem Einsatz von grünem Ammoniak als Reduktionsmittel in Hochöfen. Diese Anwendung zielt darauf ab, die traditionelle Verwendung fossiler Brennstoffe in der Stahlproduktion zu ersetzen, die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren und die Industrie nachhaltiger zu gestalten.
Darüber hinaus wird grünes Ammoniak als potenzieller Brennstoff für die Stromerzeugung in Betracht gezogen, insbesondere in Gebieten, in denen erneuerbare Energiequellen reichlich vorhanden sind. Durch den Einsatz von Ammoniak in thermischen Kraftwerken oder Brennstoffzellen kann sauberer Strom erzeugt und gleichzeitig die Kohlenstoffemissionen minimiert werden.
Grünes Ammoniak in der Stahlindustrie.
Die Stahlindustrie wird seit langem mit hohen Kohlenstoffemissionen in Verbindung gebracht, da sie im Produktionsprozess auf Kohle und Koks als Reduktionsmittel angewiesen ist. Dieser kohlenstoffintensive Ansatz hat wesentlich zum Klimawandel beigetragen.
Die Integration von grünem Ammoniak als Reduktionsmittel in Hochöfen stellt somit eine bahnbrechende Chance dar. Grünes Ammoniak kann fossile Brennstoffe ersetzen und so Kohlenstoffemissionen und Luftschadstoffe erheblich reduzieren. Mit dieser nachhaltigen Lösung kann die Stahlindustrie ihre Umweltziele erreichen. Unternehmen wie die Salzgitter AG investieren bereits in die neue Technologie und wollen in naher Zukunft CO2-neutral sein. Der erste Schritt dazu wird bereits 2025 mit riesigen Maschinen unternommen werden, die mit aus Ammoniak gewonnenem Wasserstoff betrieben werden.
Grünes Ammoniak bietet gegenüber herkömmlichen Reduktionsmitteln mehrere entscheidende Vorteile:
- Geringere Emissionen: Grünes Ammoniak setzt Stickstoff und Wasser als Nebenprodukte frei, wodurch schädliche Emissionen minimiert werden.
- Verbesserte Effizienz: Die Verbrennungseigenschaften von grünem Ammoniak ermöglichen eine verbesserte Ofeneffizienz, was zu einer höheren Produktivität führt.
- Vielseitigkeit: Grünes Ammoniak kann in verschiedenen Phasen der Stahlproduktion eingesetzt werden, einschließlich Vorwärmung, Verbrennung als auch als Reduktionsmittel.
- Flexibilität für den Übergang: Die bestehende Infrastruktur in der Stahlindustrie kann für die Nutzung von grünem Ammoniak angepasst werden, was einen reibungsloseren Übergang ermöglicht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Aufkommen von grünem Ammoniak als nachhaltige Alternative in Branchen wie der Stahlindustrie und der Schifffahrt ein enormes Potenzial für eine sauberere und grünere Zukunft birgt. Durch die Nutzung erneuerbarer Energiequellen im Produktionsprozess reduziert grünes Ammoniak die Kohlenstoffemissionen und die Umweltbelastung im Vergleich zu herkömmlichem Ammoniak erheblich. Seine höhere Energiedichte und Kompatibilität mit bestehender Infrastruktur machen es zu einer praktischen Wahl für Anwendungen, bei denen Platz und Logistik limitierende Faktoren sind.
Grünes Ammoniak wird bereits in der Düngemittelindustrie, in der Energiespeicherung, im maritimen Sektor, in der Stahlproduktion und in der Stromerzeugung eingesetzt. Diese Early Adopters zeigen die Vielseitigkeit und das Potenzial von grünem Ammoniak in verschiedenen Sektoren. Insbesondere die Stahlindustrie kann von der Einführung von grünem Ammoniak als Reduktionsmittel in Hochöfen profitieren, was eine erhebliche Reduzierung der Kohlenstoffemissionen bei gleichbleibender Produktivität ermöglicht.
Da sich die grüne Ammoniaktechnologie ständig weiterentwickelt und reift, sind weitere Forschung, Entwicklung und Investitionen erforderlich, um die Herausforderungen zu meistern und eine breite Umsetzung zu erreichen. Die ersten Erfolge und laufenden Initiativen deuten jedoch darauf hin, dass grünes Ammoniak das Potenzial hat, die Industrie zu revolutionieren, sauberere Alternativen zu bieten und zu einer nachhaltigeren und kohlenstoffärmeren Zukunft beizutragen. Indem wir uns diese innovative Lösung zu eigen machen, können wir einen Weg zu einer grüneren Welt für heutige und zukünftige Generationen ebnen.