Neuer Ammoniak-Reaktor für die Wasserstoffwirtschaft der Zukunft

11. April 2024 | Ein neuer Reaktor soll die Kosten für die Ammoniaksynthese senken. In der Fachzeitschrift Chemical Engineering Journal haben Wissenschaftler aus dem Forschungszentrum Jülich, der Technischen Universität München und der Linde Engineering dazu einen Ansatz beschrieben. Ziel der Forschenden ist es, die Ammoniakproduktion an die schwankende Verfügbarkeit von grünem Wasserstoff anzupassen.

Durch die effizientere Ammoniaksynthese soll das neue Reaktorkonzept in einem wasserstoffbasierten Energiesystem den Bedarf an zusätzlichen Speichern verringern. Eine Zusammenfassung des Konzepts gab das Forschungszentrum Jülich am Montag (8. April).

Heutige Ammoniakanlagen seien auf grauen Wasserstoff und damit auf eine konstant hohe Auslastung ausgelegt. Bei einer Auslastung von unter 50 % müssten sie heruntergefahren werden. Das anschließende Hochfahren der Synthese dauere mehrere Tage. Daher seien diese Anlagen nur eingeschränkt mit volatiler grüner Energie kompatibel.

Mit dem neuen Reaktordesign soll eine Ammoniaksynthese schon ab einer Mindestauslastung von 10 % möglich sein. Laut Prof. Andreas Peschel vom Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) würde dies bedeuten, dass der vorgeschaltete Wasserstoff-Pufferspeicher nur noch ein Fünftel seiner aktuellen Größe hätte. Der daraus resultierende wirtschaftliche und logistische Vorteil sei „erheblich”.

Die Grafik veranschaulicht den Unterschied zwischen einer Ammoniaksynthese mit großem Pufferspeicher (oben) und einer Ammoniaksynthese mit lastflexiblerem Reaktor (unten). (© Forschungszentrum Jülich / Reisen)

Umstellung der Ammoniak-Produktion könnte Hebelwirkung haben

Der Ansatz der Forschergruppe basiert auf einem Reaktor mit einer größeren Wärmetauschfläche. Sie ermögliche eine effizientere Gewinnung der für die Synthese notwendigen Wärme von etwa 350°C.

Am Institut für nachhaltige Wasserstoffwirtschaft Peschel und sein Team in den nächsten zwei Jahren eine entsprechende Versuchsanlage aufbauen und betreiben. Die Jülicher Wasserstoffforscher planen darüber hinaus, auch für Wasserstoff-Derivate wie Methanol und Methan neuartige Reaktoren und Prozesskonzepte für eine günstigere Energiespeicherung zu entwerfen. Von dem Nutzen einer grünen Ammoniaksynthese für die Zukunft überzeugt. Peschel erklärt:

 „Ammoniak ist nicht nur als Speicherlösung für Wasserstoff hoch interessant. Es wird schon lange in großen Mengen als Grundstoff für die Herstellung von Düngemitteln eingesetzt und ist damit eine der am meisten genutzten Chemikalien weltweit. Wenn es uns gelingt, die Ammoniak-Produktion auf grünen Wasserstoff umzustellen, kann das weltweit eine Hebelwirkung im Kampf gegen die Klimaerwärmung haben.“

(Quelle: Forschungszentrum Jülich GmbH/2024)

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