Grünes Ammoniak: entscheidend für die Dekarbonisierung?

[Healthcare, Pharma, Chemicals-Information vom 1. Juni 2021]

Die Ammoniaksynthese ist ein großindustrielles Verfahren, das ca. 1,5 bis 3 % der weltweiten Energieressourcen verbraucht. Das Haber-Bosch-Verfahren verbindet Wasserstoff aus Erdgas und Stickstoff aus der Luft mittels eines Katalysators zu Ammoniak. 80 % des Ammoniaks dienen der Herstellung von Düngemitteln, die anderen 20 % als Basis für Feinchemikalien und als Energieträger. Auch die Politik hat längst erkannt, dass die Ammoniakherstellung ein wichtiger Hebel ist, um die Klimaziele zu erreichen. Auch deshalb hat die EU-Kommission schon in ihrem ersten technischen Anhang zur Taxonomie Grenzwerte für die Ammoniakherstellung festgelegt, unter denen eine Investition als nachhaltig angerechnet werden darf. Die zwei entscheidenden Kennzahlen beziehen sich stets auf beide Prozessschritte, also die Wasserstoffgewinnung und die eigentliche Ammoniaksynthese. Nachhaltig sind demnach bei Scope 1 – eigene Produktion – Emissionen von 1t CO2 / t Ammoniak und bei Scope 1 + 2 – eigene Produktion + eingesetzte Energie – Emissionen von 1,3 t CO2 / t Ammoniak.

Grüner Mineraldünger gegen den Klimawandel

Grüner Ammoniak lässt sich herstellen, wenn der verwendete Wasserstoff aus der Wasserelektrolyse mit erneuerbarer Energie stammt und nicht aus der Erdgasreformierung. Gleichzeitig sollte die Energieversorgung des Luftzerlegers und der Haber-Bosch-Synthese auf Erneuerbare Energien zurückgreifen. Dies ist erst ab einer großflächigen, konstanten und günstigen Versorgung mit grüner Energie möglich. Übergangstechnologien betreffen einzelne Bestandteile der Ammoniakwertschöpfungskette. Auf diesem Weg kann dann Mineraldünger CO2-frei hergestellt werden. Dies löst nicht die Herausforderungen überforderter Böden, eliminiert aber einen erheblichen Teil der CO2-Emissionen im landwirtschaftlichen Anbau. Da die Produktionskosten von grünem Ammoniak aktuell 2- bis 4-fach so hoch sind wie bei herkömmlichem Ammoniak, sind höhere Verkaufspreise für die Produkte oder eine Carbon-Contracts-for-Difference-Lösung unausweichlich. Ein weiterer Puzzlestein auf dem Weg zu besserer Rentabilität der grünen Technologie ist die intelligente Vermarktung von Nebenprodukten wie dem Sauerstoff aus der Wasserstoffelektrolyse.

Ammoniakmotoren für die Schifffahrt

Der globale Markt für Ammoniak wird in den nächsten Jahren konstant steigen und könnte, je nach Erweiterung der Anwendungsfelder in den 2030er Jahren einen wahren Boom erleben. Neben dem Einsatz in der Landwirtschaft kann Ammoniak auch als Treibstoff eingesetzt werden. Ammoniakmotoren befinden sich derzeit noch in der technischen Entwicklung, doch gegen Mitte dieses Jahrzehnts soll die Technologie serientauglich werden. Mit dieser Technologie könnte man beispielsweise den Schiffsverkehr auf lange Sicht dekarbonisieren. Voraussetzung ist die ausreichende Verfügbarkeit von günstigem, grünem Ammoniak.

Während in erdgasreichen Regionen der Fokus derzeit noch auf blauem oder türkisem Ammoniak liegt, wird in Europa in erster Linie auf die grüne Variante gesetzt. Bei blauem Ammoniak wird das entstehende CO2 eingelagert oder einer anderen Verwendung zugeführt. Solche Projekte werden in den USA z.B. von Nutrien und in Abu Dhabi von Adnoc verfolgt. Bei türkisem Wasserstoff wird der Kohlenstoff als festes Carbon Black separiert und als Zwischenprodukt z.B. zur Reifenherstellung verkauft. Monolith Materials verfolgt in Nebraska diese Strategie. Yara plant hingegen in den Niederlanden und Norwegen signifikante Kapazitäten grüne Technologien aufzubauen. Das derzeit größte Projekt für grünen Ammoniak findet sich jedoch in Saudi-Arabien, wo ein Konsortium aus Air Products, ACWA Power und NEOM bis 2025 ca. 5 Mrd. US-$ investieren will, um einen 4 GW Elektrolyseur mit Solarenergie zu versorgen und so 1,2 Mio. t Ammoniak pro Jahr herzustellen.