{"id":98787,"date":"2024-04-11T02:36:00","date_gmt":"2024-04-11T00:36:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=98787"},"modified":"2024-04-09T10:57:33","modified_gmt":"2024-04-09T08:57:33","slug":"neuer-reaktor-fuer-die-wasserstoffwirtschaft-der-zukunft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/neuer-reaktor-fuer-die-wasserstoffwirtschaft-der-zukunft\/","title":{"rendered":"Neuer Reaktor f\u00fcr die Wasserstoffwirtschaft der Zukunft"},"content":{"rendered":"\n

Ein weiterentwickelter Reaktor f\u00fcr die Produktion von gr\u00fcnem Ammoniak soll dabei helfen, eine der gro\u00dfen Herausforderungen der Energiewende zu l\u00f6sen. <\/p>\n\n\n\n

In der Fachzeitschrift Chemical Engineering Journal<\/em> haben Wissenschaftler aus dem Forschungszentrum J\u00fclich, der Technischen Universit\u00e4t M\u00fcnchen und der Linde Engineering jetzt einen neuen Ansatz beschrieben. Mit dessen Hilfe lassen sich die Kosten f\u00fcr das Speichern von gr\u00fcner Energie in Wasserstoffderivaten senken. Im Blick hat die Forschergruppe dabei zun\u00e4chst die Ammoniak-Synthese.<\/p>\n\n\n\n

Ammoniak, das eine Verbindung aus Wasserstoff und Stickstoff ist, hat als Energiespeicher im Vergleich zu reinem Wasserstoff einen gro\u00dfen Vorteil: Es hat eine deutlich h\u00f6here Energiedichte, was die Lagerung und den Transport aufgrund des geringeren Volumens deutlich vereinfacht. Wasserstoff in seiner Reinform, der mit 300 bar Druck komprimiert wird, enth\u00e4lt bei einem Volumen von einem Kubikmeter rund 700 Kilowattstunden Energie. Bei Ammoniak beinhaltet ein Kubikmeter bei einer Komprimierung von 20 bar 3000 Kilowattstunden.<\/p>\n\n\n\n

Um den Vorteil des Ammoniaks in einem klimafreundlichen Energiesystem der Zukunft nutzen zu k\u00f6nnen, muss ein Nadel\u00f6hr \u00fcberwunden werden. Die Ammoniak-Synthese ist darauf angewiesen, dass sie konstant mit Stickstoff und Wasserstoff versorgt wird. Stickstoff kann jederzeit aus der Luft gewonnen werden. Wasserstoff muss dem Prozess zugef\u00fchrt werden. Das wird zur Herausforderung, wenn Ammoniak k\u00fcnftig mit gr\u00fcnem Wasserstoff hergestellt werden soll. Der stammt aus der Elektrolyse und liegt nur dann vor, wenn er mit gr\u00fcnem Strom beispielsweise aus Wind- oder Sonnenenergie produziert wird. Gr\u00fcner Strom steht nicht gleichbleibend zur Verf\u00fcgung – im Gegensatz zu Erdgas, mit dessen Hilfe grauer Wasserstoff gewonnen wird, der bisher bei der Ammoniak-Synthese zum Einsatz kommt.<\/p>\n\n\n

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\"Forschungszentrum<\/a>
Forschungszentrum J\u00fclich \/ Reisen | Die Grafik veranschaulicht den Unterschied zwischen einer Ammoniak-Synthese mit gro\u00dfem Pufferspeicher (oben) und einer Ammoniak-Synthese mit lastflexiblerem Reaktor (unten). <\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Die Forschergruppe aus J\u00fclich und M\u00fcnchen arbeitet daran, die Ammoniak-Synthese mithilfe eines neuen Reaktorkonzepts besser an die schwankende Verf\u00fcgbarkeit von gr\u00fcnem Wasserstoff anzupassen. Damit will sie verhindern, dass in einem gr\u00fcnen Energiesystem der Zukunft zus\u00e4tzliche gro\u00dfe Speicher in den Prozess eingebunden werden m\u00fcssen.<\/p>\n\n\n\n

\u201ePufferspeicher-L\u00f6sungen, die die geringe Lastflexibilit\u00e4t der aktuell eingesetzten Synthese-Anlagen ausgleichen k\u00f6nnen, sind mitunter problematisch f\u00fcr die Wirtschaftlichkeit der Ammoniak-Synthese\u201c, sagt Prof. Andreas Peschel vom Institut f\u00fcr nachhaltige Wasserstoffwirtschaft (INW) des Forschungszentrums J\u00fclich. \u201eWir wollen daf\u00fcr sorgen, dass die Speicher kleiner und g\u00fcnstiger werden.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Heutige Anlagen sind aufgrund der Versorgung mit grauem Wasserstoff auf eine konstant hohe Auslastung ausgelegt. Bei einer geringeren Auslastung von unter 50 Prozent m\u00fcssten sie heruntergefahren werden. Das anschlie\u00dfende Hochfahren der Ammoniak-Synthese dauert mehrere Tage. Mit dem heutigen Design sind die Anlagen also nur eingeschr\u00e4nkt mit gr\u00fcner Energie kompatibel.<\/p>\n\n\n\n

Das Ziel der Forschergruppe ist eine Funktionalit\u00e4t der Ammoniak-Synthese schon ab einer Mindestauslastung von 10 Prozent. \u201eWenn das gelingt, dann bedeutet das in Relation zu einer Mindestauslastung von 50 Prozent, dass der vorgeschaltete Wasserstoff-Pufferspeicher nur noch ein F\u00fcnftel der Gr\u00f6\u00dfe haben muss. Das bedeutet f\u00fcr die Zukunft einen gro\u00dfen wirtschaftlichen und logistischen Vorteil\u201c, sagt Andreas Peschel. Um das Ziel zu erreichen, will die Forschergruppe einen Reaktor mit einer gr\u00f6\u00dferen W\u00e4rmetauschfl\u00e4che nutzen. So kann die f\u00fcr die Ammoniak-Synthese notwendige W\u00e4rme von etwa 350 Grad effizienter gewonnen werden und steht im Gegensatz zu heute betriebenen Anlagen auch bei geringerer Auslastung des Systems zur Verf\u00fcgung.<\/p>\n\n\n\n

Am Institut f\u00fcr nachhaltige Wasserstoffwirtschaft in J\u00fclich bauen und betreiben Peschel und sein Team in den n\u00e4chsten zwei Jahren eine Versuchsanlage f\u00fcr den Reaktor, der die Lastflexibilit\u00e4t erh\u00f6ht. \u201eDie Technik daf\u00fcr ist schon recht weit erforscht, sodass wir uns aus dem Betrieb weitere Erkenntnisse erhoffen, um mit der Technologie schnell in die Anwendung zu kommen.\u201c So gebe es bereits Pl\u00e4ne f\u00fcr eine Weiterentwicklung des aktuell geplanten. Die J\u00fclicher Wasserstoffforscher planen zudem, auch f\u00fcr Wasserstoff-Derivate wie Methanol und Methan neuartige Reaktoren und Prozesskonzepte zu entwerfen, um den Energiespeicherprozess g\u00fcnstiger zu gestalten.<\/p>\n\n\n\n

Die Forscher sind von dem gro\u00dfen Nutzen einer gr\u00fcnen Ammoniak-Synthese f\u00fcr die Zukunft \u00fcberzeugt. \u201eAmmoniak ist nicht nur als Speicherl\u00f6sung f\u00fcr Wasserstoff hoch interessant\u201c, sagt Andreas Peschel. \u201eEs wird schon lange in gro\u00dfen Mengen als Grundstoff f\u00fcr die Herstellung von D\u00fcngemitteln eingesetzt und ist damit eine der am meisten genutzten Chemikalien weltweit. Wenn es uns gelingt, die Ammoniak-Produktion auf gr\u00fcnen Wasserstoff umzustellen, dann kann das weltweit eine Hebelwirkung im Kampf gegen die Klimaerw\u00e4rmung haben.\u201c<\/p>\n\n\n\n