Direkte Nutzung von Ammoniak in Brennstoffzellen. Amon-Projekt soll den Weg für eine neue bahnbrechende Technologie in Europa Ebenen.

Trento, 27.02.2023

Das Kick-off-Meeting des Projekts AMON „Entwicklung eines AMmONia FC-Systems der nächsten Generation“ fand am 31. Januar 2023 in Trient statt. Gastgeber war die Fondazione Bruno Kessler, gefolgt von einer Besichtigung der Produktionsstätte der Festoxidtechnologie von SolydEra in Pergine.  Alle Partner waren anwesend, um die Aktivitäten dieses Horizon-Europe-Projekts zu starten, das drei Jahre lang laufen wird und finanziert wird von der Clean Hydrogen Partnership.

Das übergreifende Ziel des AMON-Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Systems zur Nutzung und Umwandlung von Ammoniak in elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad unter Verwendung eines Festoxid-Brennstoffzellensystems. Das Projekt befasst sich mit dem Entwurf der Basiskomponenten des Systems, einschließlich der Brennstoffzelle, eines Ammoniakbrenners, ammoniakbeständiger Wärmetauscher, der Konstruktion der gesamten Anlagenbilanz und der Validierung der Konformität mit der Ammoniaknutzung für alle spezifischen Teile und Komponenten. Optional, je nach Systembedarf, werden ein Ammoniak-Cracker und eine Anodengasrückführung entwickelt.

Grundlegend für das Projekt ist das interdisziplinäre Konsortium aus 13 Partnern, das koordiniert wird von der Fondazione Bruno Kessler, durch das Centre for Sustainable Energy. Führende Industrieunternehmen wie SolydEra (Italien), Alfa Laval Technologies AB (Schweden), Alfa Laval Aalborg AS (Dänemark), Alfa Laval SPA (Italien) und SAPIO Produzione Idrogeno Ossigeno Srl (Italien), KIWA Nederland BV (Niederlande) und KIWA Cermet (Italien) werden mit prominenten Forschungsinstituten zusammenarbeiten, so wie Fondazione Bruno Kessler (Italien), Teknologian Tutkimuskeskus Vtt OY (Finnland), Technical University of Denmark (Dänemark), Ecole Polytechnique Fédérale De Lausanne (Schweiz), European Fuel Cell Forum AG (Schweiz) und Fachhochschule Zentralschweiz – Hochschule Luzern (Schweiz).

Warum ist Ammoniak wichtig?

Auf die Ammoniakproduktion entfallen rund 45 % des derzeitigen weltweiten Wasserstoffverbrauchs, d.h. 33 Millionen Tonnen (Mt) Wasserstoff im Jahr 2020, die im Wesentlichen aus fossilen Rohstoffen stammen. Die Ersetzung von konventionellem Ammoniak durch erneuerbares Ammoniak, das aus erneuerbarem Wasserstoff hergestellt wird, bietet eine frühzeitige Gelegenheit für Maßnahmen zur Dekarbonisierung des Chemiesektors. Als transportabler und speicherbarer Energieträger mit hohem Wasserstoff-Energiegehalt unterstützt er die H2-Wirtschaft und kann auch neue flexible stationäre Stromerzeugung fördern.

Was ist das Ziel des Projekts und welche Auswirkungen werden angestrebt?

Ziel ist es, die hocheffiziente, direkte Umwandlung von Ammoniak in Brennstoffzellen zu demonstrieren. Ein solcher Durchbruch würde weitere wichtige Schritte auf dem Weg zu einer nachhaltigen Energiewirtschaft ermöglichen. So wird Ammoniak auch als Wasserstoffträger für den Fernverkehr vorgeschlagen: Zu den neuen Anwendungen, die erforscht werden, gehört erneuerbares Ammoniak als kohlenstofffreier Kraftstoff im maritimen Sektor und für die stationäre Stromerzeugung. Grünes Ammoniak gilt als geeignet für eine tiefgreifende Dekarbonisierung des Schifffahrtssektors, wo es ein gängiges Gut ist, das in Hafenumgebungen mit entsprechender Infrastruktur und Lagereinrichtungen gelagert und transportiert wird. Außerdem sind Häfen besonders starken Lastwechseln ausgesetzt, wenn Schiffe anlegen oder die Häfen verlassen. Der Einsatz von Brennstoffzellensystemen wäre eine Möglichkeit, das Hafennetz mit lokalisierten Stromerzeugungseinheiten zu stabilisieren und zu unterstützen. Ammoniak, ein sehr wahrscheinlicher zukünftiger Standardtreibstoff für die Schifffahrt, kann zur Stromerzeugung ohne CO2-Emissionen verwendet werden. Ammoniak kann in verschiedenen Teilen der Welt zu wirtschaftlich vertretbaren Kosten aus vollständig erneuerbaren Quellen hergestellt werden und stellt daher einen wichtigen Faktor zur Deckung des europäischen Energieimportbedarfs bis 2030 dar. Im Rahmen von REPowerEU macht Ammoniak 20 % des für 2030 angestrebten Endverbrauchs an Wasserstoff aus, was 4 Mio. Tonnen Wasserstoff entspricht, die hauptsächlich importiert werden.

Wie können diese Ziele erreicht werden?

Für die Entwicklung der Festoxid-Brennstoffzelle wird ein G8X-Stack von SolydEra verwendet, der zunächst im Labor auf der Ebene der Einzelzellen für elektrochemische Eigenschaften, Degradation und Post-Operation-Analysen, auf der Ebene der einzelnen Wiederholungseinheiten für die Validierung der Verbindungen und Dichtungskomponenten und auf der Ebene der Stacks und Stackmodule validiert wird. Ein komplettes Ammoniak-Brennstoffzellensystem wird von Alfa Laval entwickelt und hergestellt und von SAPIO in einer entsprechenden Umgebung in einem Hafengebiet (Venedig) getestet. Das endgültige System wird eine 8 kWe-Anlage sein, mit einem Wärmemanagementsystem und einem möglichen Ammoniak-Cracker. Sie wird einen elektrischen Gesamtwirkungsgrad von 70 % anstreben.

„Das Amon-Projekt wird einen Durchbruch für die direkte Umwandlung von Ammoniak in Festoxid-Brennstoffzellen bringen“, erklärt Luigi Crema, Direktor des Zentrums für nachhaltige Energie des FBK und Koordinator des AMON-Projekts. „Ammoniak wird ein wichtiger Energieträger für Europa werden, und wie im Repower EU-Bericht angegeben, könnte es 40 % des in die EU importierten Wasserstoffs im Jahr 2030 ausmachen. Ammoniak wird daher für den See- und Schifffahrtssektor, für autonome Stromversorgungssysteme und abgelegene Rechenzentren sowie für alle Anwendungen wichtig sein, bei denen große Energiemengen in kleinen Mengen gespeichert werden müssen. Als Fondazione Bruno Kessler sind wir sehr motiviert und freuen uns, AMON zu unterstützen und das Projekt zu einem Erfolg zu führen.“

„Wir freuen uns, mit dem AMON-Projekt zu beginnen. Dies ist eine neue Herausforderung für uns“, sagt Massimo Bertoldi, CTO bei SolydEra. „In der Tat stellt das Projekt einen wichtigen Schritt in Richtung der Anwendung von Festoxid-Brennstoffzellen für Stromgeneratoren dar, die mit Ammoniak als Brennstoff betrieben werden. AMON wird es uns ermöglichen, die Entwicklung und Validierung neuer Komponenten im aufstrebenden Marktsegment der Hilfsaggregate für die Schifffahrt und der stationären Generatoren in Hafenumgebungen, die mit erneuerbaren Brennstoffen betrieben werden, zu beschleunigen.“