Im jahrhundertelangen Wettlauf um den Emissionsgrenzwert und die Klimaneutralität suchen Länder weltweit aktiv nach der nächsten Generation von Energietechnologien und grünen Lösungen.AmmoniakAmmoniak rückt in letzter Zeit immer mehr in den Fokus der globalen Aufmerksamkeit. Im Vergleich zu Wasserstoff dringt Ammoniak aufgrund seiner offensichtlichen Vorteile bei Lagerung und Transport vom traditionellen Anwendungsgebiet des landwirtschaftlichen Düngers in den Energiesektor vor.

Faria, ein Experte an der Universität Twente in den Niederlanden, sagte, dass mit dem Anstieg der CO2-Preise grünes Ammoniak der zukünftige König der flüssigen Kraftstoffe sein könnte.

Was genau ist grünes Ammoniak? Wie ist der Entwicklungsstand? Welche Anwendungsbereiche gibt es? Ist es wirtschaftlich?

Grünes Ammoniak und sein Entwicklungsstand

Wasserstoff ist der wichtigste Rohstoff fürAmmoniakProduktion. Daher kann Ammoniak aufgrund der unterschiedlichen Kohlenstoffemissionen im Wasserstoffproduktionsprozess auch anhand der Farbe in die folgenden vier Kategorien eingeteilt werden:

GrauAmmoniakHergestellt aus traditionellen fossilen Energieträgern (Erdgas und Kohle).

Blaues Ammoniak: Rohwasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen, wobei im Raffinierungsprozess eine Technologie zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung eingesetzt wird.

Blaugrünes Ammoniak: Bei der Methanpyrolyse wird Methan in Wasserstoff und Kohlenstoff zerlegt. Der dabei gewonnene Wasserstoff dient als Rohstoff für die Ammoniakproduktion mit Ökostrom.

Grünes Ammoniak: Grüner Strom, der aus erneuerbaren Energien wie Wind- und Solarenergie erzeugt wird, wird zur Elektrolyse von Wasser verwendet, um Wasserstoff zu produzieren, und anschließend wird Ammoniak aus Stickstoff und Wasserstoff in der Luft synthetisiert.

Da bei der Verbrennung von grünem Ammoniak Stickstoff und Wasser entstehen und kein Kohlendioxid produziert wird, gilt grüner Ammoniak als „kohlenstofffreier“ Brennstoff und als eine der wichtigsten sauberen Energiequellen der Zukunft.

Das globale GrünAmmoniakDer Markt für grünes Ammoniak steckt noch in den Kinderschuhen. Weltweit betrachtet, belief sich der Markt für grünes Ammoniak 2021 auf rund 36 Millionen US-Dollar und wird voraussichtlich bis 2030 auf 5,48 Milliarden US-Dollar anwachsen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 74,8 % entspricht und somit ein beträchtliches Potenzial birgt. Yundao Capital prognostiziert, dass die weltweite Jahresproduktion von grünem Ammoniak 2030 20 Millionen Tonnen und 2050 über 560 Millionen Tonnen erreichen wird und damit mehr als 80 % der globalen Ammoniakproduktion ausmachen wird.

Stand September 2023 wurden weltweit mehr als 60 Projekte zur Herstellung von grünem Ammoniak realisiert, mit einer geplanten Produktionskapazität von insgesamt über 35 Millionen Tonnen pro Jahr. Die ausländischen Projekte konzentrieren sich hauptsächlich auf Australien, Südamerika, Europa und den Nahen Osten.

Seit 2024 hat sich die heimische grüne Ammoniakindustrie in China rasant entwickelt. Laut unvollständigen Statistiken wurden seit 2024 über 20 Projekte zur Herstellung von grünem Ammoniak gefördert. Unternehmen wie die Envision Technology Group, China Energy Construction, State Power Investment Corporation und State Energy Group haben fast 200 Milliarden Yuan in die Förderung grüner Ammoniakprojekte investiert, wodurch zukünftig erhebliche Produktionskapazitäten für grünes Ammoniak freigesetzt werden.

Anwendungsszenarien von grünem Ammoniak

Als saubere Energiequelle bietet grünes Ammoniak zukünftig vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Neben den traditionellen Anwendungen in Landwirtschaft und Industrie findet es vor allem in der Stromerzeugung, als Schiffstreibstoff, zur CO₂-Fixierung, zur Wasserstoffspeicherung und in weiteren Bereichen Verwendung.

1. Schifffahrtsindustrie

Die Schifffahrt verursacht 3 bis 4 % der globalen Kohlendioxidemissionen. Die Internationale Seeschifffahrts-Organisation (IMO) verabschiedete 2018 eine vorläufige Strategie zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen. Diese sieht vor, die globalen CO₂-Emissionen der Schifffahrt bis 2030 um mindestens 40 % gegenüber 2008 zu senken und bis 2050 eine Reduzierung um 70 % anzustreben. Um die CO₂-Reduzierung und Dekarbonisierung der Schifffahrt zu erreichen, ist der Ersatz fossiler Energieträger durch saubere Kraftstoffe das vielversprechendste technische Mittel.

In der Schifffahrtsbranche herrscht die allgemeine Auffassung vor, dass grünes Ammoniak einer der wichtigsten Brennstoffe für die Dekarbonisierung der Schifffahrtsbranche in der Zukunft ist.

Lloyd’s Register of Shipping sagte einst voraus, dass der Anteil von Ammoniak als Schiffstreibstoff zwischen 2030 und 2050 von 7 % auf 20 % steigen und damit verflüssigtes Erdgas und andere Brennstoffe als wichtigsten Schiffstreibstoff ablösen würde.

2. Energieerzeugungsindustrie

AmmoniakBei der Verbrennung entsteht kein CO₂, und die Ammoniak-Mischverbrennung kann in bestehenden Kohlekraftwerken ohne größere Umbauten am Kesselkörper betrieben werden. Sie ist eine wirksame Maßnahme zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen in Kohlekraftwerken.

Am 15. Juli veröffentlichten die Nationale Entwicklungs- und Reformkommission und die Nationale Energieverwaltung den „Aktionsplan für die kohlenstoffarme Transformation und den Ausbau von Kohlekraftwerken (2024–2027)“. Dieser sieht vor, dass Kohlekraftwerke nach ihrer Transformation und dem Ausbau in der Lage sein sollen, mehr als 10 % grünes Ammoniak beizumischen und Kohle zu verbrennen. Dadurch werden der Verbrauch und die CO₂-Emissionen deutlich reduziert. Die Beimischung von Ammoniak oder reinem Ammoniak in Wärmekraftwerken stellt somit einen wichtigen technischen Ansatz zur Reduzierung der CO₂-Emissionen im Bereich der Stromerzeugung dar.

Japan ist ein wichtiger Förderer der Stromerzeugung mit Ammoniak-Kraftstoffgemischen. Japan formulierte 2021 den „Japanischen Ammoniak-Kraftstofffahrplan 2021–2050“ und wird die Demonstration und Verifizierung von 20 % Ammoniak-Kraftstoffgemischen in Wärmekraftwerken bis 2025 abschließen; mit zunehmender Reife der Ammoniak-Kraftstoffgemischtechnologie wird dieser Anteil auf über 50 % steigen; um das Jahr 2040 soll ein reines Ammoniak-Kraftwerk errichtet werden.

3. Wasserstoffspeicherträger

Ammoniak dient als Wasserstoffspeicher und durchläuft dabei die Prozesse der Ammoniaksynthese, Verflüssigung, des Transports und der Rückgewinnung von gasförmigem Wasserstoff. Der gesamte Prozess der Ammoniak-Wasserstoff-Umwandlung ist ausgereift.

Derzeit gibt es sechs Hauptmethoden zur Speicherung und zum Transport von Wasserstoff: Speicherung und Transport in Hochdruckflaschen, Transport von gasförmigem Wasserstoff unter Druck in Pipelines, Speicherung und Transport von flüssigem Wasserstoff bei niedrigen Temperaturen, Speicherung und Transport von flüssigen organischen Verbindungen, Speicherung und Transport von flüssigem Ammoniak sowie Speicherung und Transport von festem metallischem Wasserstoff. Bei der Speicherung und dem Transport von flüssigem Ammoniak wird Wasserstoff durch Ammoniaksynthese gewonnen, verflüssigt, transportiert und wieder vergast. Ammoniak wird bei -33 °C oder 1 MPa verflüssigt. Die Kosten für die Hydrierung/Dehydrierung machen über 85 % aus. Diese Methode ist unempfindlich gegenüber der Transportdistanz und eignet sich für die Speicherung und den Transport großer Wasserstoffmengen über mittlere und lange Strecken, insbesondere auf dem Seeweg. Sie zählt zu den vielversprechendsten Methoden der Wasserstoffspeicherung und des Wasserstofftransports der Zukunft.

4. Chemische Rohstoffe

Als potenzieller grüner Stickstoffdünger und wichtigster Rohstoff für grüne Chemikalien, grünAmmoniakwird die rasche Entwicklung der industriellen Wertschöpfungsketten „grünes Ammoniak + grüner Dünger“ und „grüne Ammoniakchemikalien“ nachdrücklich fördern.

Im Vergleich zu synthetischem Ammoniak, das aus fossilen Energieträgern hergestellt wird, wird erwartet, dass grünes Ammoniak vor 2035 keine effektive Wettbewerbsfähigkeit als chemischer Rohstoff erlangen kann.