Ammoniak als Energieträger
Im von Menschen verursachten Klimawandel spielt vor allem die Emission schädlicher Gase eine grosse Rolle. Durch die Energiewende soll der Umstieg von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien vorangetrieben werden, weil fossile Brennstoffe zu den Hauptemittenten schädlicher Gase gehören.
Beispiele hierfür sind die Verbindung mit Sauerstoff (O2) zu Wasser (H2O) oder die Verbindung mit Kohlenstoff (C) zu Methan (CH4). Um reinen Wasserstoff als Energieträger zu gewinnen, muss dieser aus den Verbindungen abgespalten werden. Im industriellen Massstab wird das heute hauptsächlich mit Methan (aus Erdgas) gemacht. Weil sowohl die Förderung von Erdgas als auch der industrielle Abspaltungsprozess Kohlendioxid (CO2) und andere Schadstoffe freisetzen, ist der Wasserstoff keine nachhaltige Energiequelle. Die Herstellung von Wasserstoff wird daher in unterschiedliche Klassen eingeteilt, je nachdem wie sehr der jeweilige Prozess die Umwelt belastet. Die nachhaltigste Variante ist dabei der grüne Wasserstoff, der mittels Strom aus erneuerbaren Quellen und Wasser durch Elektrolyse gewonnen wird. Die Lagerung und der Transport von Wasserstoff, gleich welcher Herkunft, gestaltet sich anspruchsvoll. Im gasförmigen Zustand ist dies nur in Druckbehältern bei 200 bis 700bar möglich. Alternativ kann der Wasserstoff verflüssigt werden, wobei dieser dann auf minus 253°C heruntergekühlt werden muss. Hierfür sind wiederum spezielle Kryotanks notwendig. All das macht die Verwendung von Wasserstoff sehr aufwändig und kostspielig.
Das Verfahren wird bereits seit langem für die Herstellung von synthetischem Ammoniak angewendet. Bei Verwendung von Wasserstoff, der durch Elektrolyse hergestellt wurde, und Strom aus erneuerbaren Energien ist auch das entstehende Ammoniak entsprechend klimaneutral. Je länger das Ammoniak gelagert bzw. transportiert werden muss, desto mehr rentiert es sich als Energieträger im Vergleich zu Wasserstoff. Sowohl Wasserstoff als auch Ammoniak müssen für diesen Zweck verflüssigt werden. Bei Ammoniak ist dies schon ab -33°C möglich. Zudem werden für Ammoniak keine Hochdruckbehälter benötigt. Beides hat einen grossen Vorteil in punkto Kosten und Energieaufwand. Um den im Ammoniak enthaltenen Wasserstoff dann als Energieträger, zum Beispiel für Brennstoffzellen, zu nutzen, wird das Ammoniak mittels Cracker wieder in seine Bestandteile zerlegt. Die Umwandlung ist aber nicht zu 100% möglich. Es verbleibt immer ein Rest Ammoniak in diesem Prozess, selbst mit Hilfe von Katalysatoren. Das verbleibende Ammoniak stellt nicht nur eine Gefahr für die Luftqualität dar, sondern könnte auch Schäden in Brennstoffzellen verursachen, die mit Wasserstoff betrieben werden. Deswegen ist eine kontinuierliche Messung des verbleibenden Ammoniaks unerlässlich, um es in weiteren Prozessschritten zu entfernen. Je geringer dabei die Nachweisgrenzen des Messgeräts, desto verlässlicher können auch kleinste Ammoniak-Konzentrationen ermittelt werden. Die Laser-Gasdetektions-Module von Axetris sind in der Lage, Ammoniak selbst noch im sub-ppm-Bereich in Echtzeitmessungen nachzuweisen und daher für diesen Zweck besonders gut geeignet.
Zudem steigen die Emissionen aus diesem Sektor seit den letzten drei Jahrzehnten kontinuierlich. Neben Fahrzeugen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren wächst auch die Zahl der neu zugelassenen Fahrzeuge mit Elektrobetrieb. Diese verursachen während der Fahrt, je nach genutzter Stromart, deutlich weniger CO2 als diejenigen mit Verbrennungsmotoren. Wird aber die Herstellung und Entsorgung der Elektrofahrzeuge in der CO2-Berechnung berücksichtigt, fällt die Bilanz nicht ganz so positiv aus. Fahrzeuge, die mit Wasserstoff-betriebenen Brennstoffzellen genutzt werden, können hier eine durchaus nachhaltige Alternative bieten. Aber nicht nur für Privatfahrzeuge könnte Wasserstoff eine Lösung für die Mobilität der Zukunft darstellen. Mit weiterentwickelten Technologien wäre Wasserstoff auch als Antrieb für Lastkraftwagen, landwirtschaftliche Fahrzeuge oder sogar Schiffe denkbar. Weltweit laufen hierzu bereits vielversprechende, interessante Projekte. Es gibt aber auch schon erste Projekte, die einen Fahrzeugantrieb direkt mit Ammoniak anvisieren. Der zusätzliche Aufwand für die Umwandlung von Ammoniak zu Wasserstoff wäre damit vermeidbar. Und weil auch Ammoniak keinen Kohlenstoff enthält, verbrennt es, genau wie Wasserstoff, ohne den Ausstoss von Kohlendioxid.