Fraunhofer entwickelt effiziente Ammoniak-Brennstoffzelle
Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Doch seine Speicherung und Transport sind komplex. Forscher setzen stattdessen auf das H2-Derivat Ammoniak.
Wasserstoff spielt in der Energiewende der Bundesregierung eine Schlüsselrolle. Insbesondere Ammoniak (NH3) hat dabei ein großes Potenzial, da es sich als Wasserstoffderivat besser speichern und transportieren lässt als reiner Wasserstoff. Seine Handhabung ist technisch deutlich anspruchsvoller.
Ammoniak-Brennstoffzelle produziert emissionsfrei Strom und Wärme
Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Dresden um Laura Nousch hat nun einen Demonstrator entwickelt, der Ammoniak direkt und hocheffizient verstromt. Basis ist ein Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC).
"Ammoniak ist als Wasserstoffträger ideal für die klimafreundliche Herstellung von Strom und Heizenergie", erläutert Fraunhofer-Forscherin Laura Nousch die Vorteile des Stoffes. "Er bietet eine hohe Energiedichte und ist zugleich relativ einfach zu speichern und zu transportieren."
Der Prozess läuft wie folgt ab: Zunächst wird Ammoniak in den sogenannten Cracker geleitet und auf über 300 Grad Celsius erhitzt. Dabei spaltet es sich in Wasserstoff (H2) und Stickstoff (N2). Der Wasserstoff wird dann in die Hochtemperatur-Brennstoffzelle geleitet. In keramischen Elektrolyten wandert er über die Anode, während die Kathode von Luft umströmt wird.
Bei der Aufspaltung des Wasserstoffs entstehen Elektronen, die von der Anode zur Kathode fließen - Strom entsteht. Als Nebenprodukte entstehen lediglich Wasserdampf, Stickstoff und Abwärme, die z.B. zum Heizen genutzt werden kann.
60 Prozent Wirkungsgrad - vergleichbar mit Erdgas
Der Wirkungsgrad des Systems liegt nach Angaben der Forscher bei 60 Prozent und ist damit vergleichbar mit erdgasbasierten Verfahren. Der Vorteil: Ammoniak-SOFC-Systeme sind vergleichsweise einfach und robust aufgebaut.
Laut Nousch ist die Technologie ideal für kleinere Industriebetriebe, die CO2-frei Strom erzeugen wollen, aber nicht am künftigen Wasserstoff-Kernnetz liegen. Auch für Kommunen und Stadtwerke, die ihre Kunden mit grüner Wärme versorgen wollen, sei das Verfahren geeignet. Selbst große Schiffe könnten umweltfreundlich mit Ammoniak-Wasserstoff-Antrieben ausgerüstet werden.
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Gezielte Auslegung ermöglicht maßgeschneiderte Lösungen
Durch gezieltes Design und intelligentes Wärmemanagement lassen sich nach Ansicht der Fraunhofer-Forscher maßgeschneiderte Lösungen für die klimafreundliche Strom- und Wärmeerzeugung entwickeln - gerade auch für kleine und mittlere Unternehmen.
Möglich wird dies durch Veränderungen in Leistung und Größe der Brennstoffzellen-Stacks sowie durch einen interessanten Effekt: Selbst bei etwas niedrigeren Crackertemperaturen von knapp über 400 Grad Celsius, bei denen noch ein Teil des Ammoniaks zurückbleibt, zerfallen die Moleküle in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle vollständig zu Wasserstoff. "Damit kann sogar eine Steigerung der Gesamtleistung der Anlage erreicht werden", sagt Nousch.