Fraunhofer arbeitet an Ammoniak-basierten Brennstoffzellen, die eine flexible Stromversorgung ermöglichen, ohne dass sie an das H2-Kernnetz angebunden sein müssen.

 

Wasserstoff gilt als zentraler Energieträger der Zukunft. Speicherung und Transport des Gases stellen jedoch nach wie vor erhebliche technische Herausforderungen dar. Um diese Probleme zu lösen, setzen Fraunhofer Forscher auf Ammoniak (NH3) als Wasserstoffderivat. Im Vergleich zu reinem Wasserstoff lässt sich Ammoniak deutlich einfacher speichern und transportieren. Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) hat nun eine Technologie entwickelt, die es ermöglichen soll, Ammoniak effizienter in Strom und Wärme umzuwandeln, ohne CO2-Emissionen zu verursachen.

Das Forschungsteam vom IKTS in Dresden hat einen Demonstrator entwickelt, der Ammoniak direkt in einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) verstromt. Zum Prozess: Sie erhitzen zunächst Ammoniak in einem sogenannten Cracker auf über 300 Grad Celsius. Dadurch zerfällt Ammoniak in Wasserstoff und Stickstoff. Der Wasserstoff wird anschließend in die Brennstoffzelle geleitet, wo er elektrochemisch in Strom umgewandelt wird. Das Nebenprodukt dieses Prozesses ist lediglich Stickstoff und Wasserdampf, die als unbedenkliche Abgase in die Atmosphäre abgegeben werden können.

Als bedeutenden Vorteil ihrer Ammoniak-SOFC-Technologie nennen die Forscher den hohen Wirkungsgrad von 60 Prozent, der mit dem von erdgasbasierten Verfahren vergleichbar ist. Die Forscher betonen jedoch, dass Ammoniak-basierte Brennstoffzellensysteme robuster und weniger komplex im technischen Aufbau im Vergleich zu bisherigen Ammoniak-Brennstoffzellen sind.

Durch die einfachere Handhabung sehen die Forscher als Zielgruppe ihres Systems vor allem kleinere Industriebetriebe. So könnten diese CO2-freien Strom erzeugen, ohne auf eine Wasserstoffversorgung über das künftige Kernnetz angewiesen zu sein. Auch für Kommunen und Stadtwerke, die ihre Kunden mit grüner Wärme versorgen wollen, sehen die Wissenschaftler in ihrem Verfahren ein vielversprechendes Potenzial.

Wird Abwärme als Heizenergie genutzt und die Anlage weiter skaliert, ergibt sich laut Fraunhofer ein breites Anwendungsfeld ihrer optimierten Ammoniak-Brennstoffzelle. Darüber hinaus könnten auch große Schiffe mit umweltfreundlichen Ammoniak-Wasserstoff-Antrieben ausgestattet werden.

Fraunhofer verweist auf die lange Tradition von Ammoniak in der chemischen Industrie, vornehmlich in der Düngemittelproduktion. Es werde weltweit in großen Mengen genutzt, der Umgang damit sei gut etabliert. Als Wasserstoffträger biete Ammoniak den Vorteil einer hohen Energiedichte und lasse sich relativ einfach lagern und transportieren. 

​Keine neue Entwicklung

Die Idee, Ammoniak als Energieträger zu nutzen, ist nicht neu. Bereits in den 1960er Jahren wurden die ersten Konzepte für Ammoniak-Brennstoffzellen entwickelt, als Wissenschaftler die Möglichkeit erkannten, Ammoniak zu zerlegen und den daraus gewonnenen Wasserstoff in Strom umzuwandeln. In den vergangenen Jahren hat die Technologie jedoch zunehmend an Bedeutung gewonnen, da die Herausforderungen bei der Wasserstoffspeicherung und -verteilung immer größer werden. Fraunhofer IKTS hat nun diese Technologie weiterentwickelt und demonstriert, wie Ammoniak effizient und emissionsfrei zur Energieerzeugung genutzt werden kann.

Das Besondere an der Ammoniak-Brennstoffzelle von Fraunhofer ist die Kombination aus hocheffizienter Stromerzeugung und robustem Design. Frühere Ammoniak-Brennstoffzellen waren technisch kompliziert und stellten hohe Anforderungen an den Betrieb.