»AMMONPAKTOR« – Ammoniak als Wasserstoffspeicher

Das Projekt »AMMONPAKTOR« (»Nutzung von Ammoniak als kohlendioxidfreien Wasserstoffspeicher für die dezentrale Bereitstellung von Wasserstoff – Entwicklung eines innovativen kompakten Reaktorkonzeptes«) will Ammoniak als Energiespeicher für Wasserstoff verfügbar machen. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM schaffen wir am Fraunhofer ITWM dafür wichtige Grundlagen.

Ammoniak ist eine gasförmige Wasserstoff-Stickstoff-Verbindung (NH₃), die vor allem beim Herstellen von Düngemitteln, Arzneien oder auch Sprengstoff Verwendung findet. Das Potenzial von Ammoniak als Energieträger wird aktuell vielerorts erforscht, die Wissenschaft erwartet eine tragende Rolle zur klimafreundlichen Energieversorgung. Von besonderem Interesse ist die Möglichkeit, Ammoniak als Speichermedium für »grünen Wasserstoff« zu nutzen. Wasserstofftechnologien hat die Fraunhofer-Gesellschaft als eines ihrer strategischen Forschungsfelder definiert.

Power-to-X: Wasserstoff als Schlüssel zu mehr Nachhaltigkeit

Wirtschaftszweige wie Transport, Logistik oder die Fertigungsindustrie decken ihren enorm hohen Energiebedarf gegenwärtig noch überwiegend über fossile Energieträger. Alternativen sind Power-to-X-Kraftstoffe, die als Energieträger für erneuerbare Energien dienen. »Power-to-X« meint dabei den Prozess der Umwandlung von Strom (Power) in andere Stoffe (X).

Wasserstoff gilt derzeit als wichtigster Kraftstoff dieser Art. Bevor Wasserstoff aber großflächig zum Einsatz kommen kann, gilt es Hürden beim Transportieren und Speichern zu überwinden. Ammoniak wird als Schlüssel gesehen, um den benötigten Wasserstoff leicht zu speichern und transportfähig zu machen.

Im Projekt »AMMONPAKTOR« werden Lösungskonzepte für ein zeitnahes und logistisch leichter realisierbares Bereitstellen von Wasserstoff untersucht. Das Ziel ist die Entwicklung eines Betankungsmoduls auf Basis innovativer Katalysatortechnologie und mikrostrukturierter Reaktortechnik, das aus Ammoniak dann Wasserstoff für Tankstellen zur Nutzung in Brennstoffzellenfahrzeugen erzeugt. Es soll eine Demonstrationseinheit – bestehend aus der Wasserstofferzeugung, der Gasaufbereitung und der Verstromung in einer Brennstoffzelle – entwickelt werden.

© Fraunhofer ITWM
Zusammenarbeit von verschiedenen Abteilungen und Bereichen für ein innovatives Reaktorkonzept.

Fraunhofer-Institute forschen gemeinsam

Forschende des Fraunhofer IMM in Mainz entwickeln auf Ammoniak basierte Systeme zur mobilen und dezentralen Energieversorgung.

An unserem Institut erarbeiten wir einen Vorschlag für einen optimalen Reaktor, der das Herstellen von Wasserstoff aus grünem Ammoniak effizient gestaltet. An diesem Digitalen Zwilling wirken drei Abteilungen mit:

Die Abteilung »Strömungs- und Materialsimulation« führt Detailsimulationen der Reaktion unter Berücksichtigung der Katalysatorschicht und -verteilung in einzelnen Kanälen durch.
Die Abteilung »Transportvorgänge« simuliert ein Effektivmodell des gesamten Reaktors.
Der Bereich »Optimierung« leitet das Projekt und plant die chemische Anlage.

Innovatives Reaktorkonzept

Ziel der Arbeiten an unserem Institut ist die Virtualisierung von Reaktordesign und Betriebsführung. Zunächst erarbeiten wir eine methodische Herangehensweise zur Gesamtprozessmodellierung und beziehen unterschiedliche Modellierungsskalen mit ein: Die Vorgänge im Reaktor werden durch eine Simulation der reaktiven Strömung abgebildet; die Ergebnisse werden in einem nächsten Schritt mit Messdaten kalibriert. Anschließend steht ein verlässliches Modell zur Verfügung, das eine Formoptimierung des Reaktors sowie eine Optimierung der Betriebsführung ermöglicht. Ziel ist eine auf jeweilige Gegebenheiten bestmöglich angepasste Betriebsweise des Reaktors.

Die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IMM kombiniert dessen Expertise mit unseren detaillierten Simulationsrechnungen – hier besteht noch erheblicher Forschungsbedarf, um die industrielle Anwendung von Wasserstoff als Energieträger zu realisieren. Gelingt das Vorhaben, leisten wir einen weiteren Beitrag zum Beschleunigen der Energiewende.

Projektförderung und -laufzeit

Das Projekt »Nutzung von Ammoniak als kohlendioxidfreien Wasserstoffspeicher für die dezentrale Bereitstellung von Wasserstoff – Entwicklung eines innovativen kompakten Reaktorkonzeptes« wird durch das EFRE-Programm Rheinland-Pfalz »Kompetenzaufbau« gefördert. Die Europäische Union hat im Rahmen dieser Förderlinie zusätzliche Mittel zur Unterstützung der Krisenbewältigung im Zusammenhang mit der COVID-19-Pandemie und ihrer sozialen Folgen und der Vorbereitung einer grünen, digitalen und stabilen Erholung der Wirtschaft bereitgestellt.

Das Projekt lief bis 30. Juni 2023.