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Ein Forschungsteam hat eine neuartige Brennstoffzelle entwickelt, die direkt aus Ammoniak Strom gewinnt – ohne einen externen Umwandlungsprozess in Wasserstoff. Das System kombiniert eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einem Ammoniak-Cracker und erreicht damit einen beeindruckenden Wirkungsgrad von 60 Prozent, vergleichbar mit der Energieausbeute von Erdgas. Damit könnte Ammoniak zu einer kompakten, effizienten Alternative für die Speicherung und Erzeugung von Energie werden.
Ammoniak als kompakter Energiespeicher
Wasserstoff gilt als Schlüssel zur Energiewende, da er flexibel einsetzbar ist – ob zur Wärmeerzeugung oder zur Stromgewinnung in Brennstoffzellen. Doch die Lagerung und der Transport von Wasserstoff sind aufwendig, da das Gas stark komprimiert oder verflüssigt werden muss, was viel Energie kostet. Hier bietet Ammoniak (NH₃) eine Lösung: Es verflüssigt sich bereits bei minus 40 Grad Celsius und lässt sich einfacher transportieren. Allerdings erfordert die Umwandlung von Ammoniak in nutzbaren Wasserstoff hohe Temperaturen und zusätzliche Energie, was bisher seine Effizienz beeinträchtigte.
Integrierte Brennstoffzellen- und Cracker-Technologie
Ein Forscherteam um Laura Nousch vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) hat ein System entwickelt, das Ammoniak effizienter in Strom umwandelt. Das System kombiniert eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einem sogenannten Cracker, wodurch eine separate Anlage für die Ammoniakspaltung überflüssig wird. Zunächst wird das Ammoniak im Cracker bei Temperaturen über 300 Grad Celsius in Stickstoff und Wasserstoff aufgespalten. Der Wasserstoff wird anschließend in der benachbarten Brennstoffzelle zur Stromerzeugung genutzt, während der Stickstoff gefahrlos in die Umwelt abgegeben wird.
Höhere Effizienz durch Wärmerückgewinnung
Das System nutzt die Wärme, die während der Reaktion in der Brennstoffzelle entsteht, um die Effizienz zu maximieren. Üblicherweise wird überschüssiger Wasserstoff mit Sauerstoff verbrannt, wodurch Wasser und zusätzliche Wärme entstehen. In dieser neuen Brennstoffzelle wird die überschüssige Wärme sowohl zur Aufrechterhaltung der hohen Temperatur im Cracker verwendet als auch als Abwärme nutzbar gemacht, etwa für Heizzwecke. So erreicht das System insgesamt einen Wirkungsgrad von 60 Prozent und steht damit herkömmlichen erdgasbasierten Verfahren in nichts nach.
Vielseitige Anwendungsmöglichkeiten in Industrie und Schifffahrt
Die kompakte Bauweise der Ammoniak-Brennstoffzelle ist ideal für industrielle Anlagen, Kommunen und Schiffe, die oft nur begrenzten Platz für große Wasserstoffspeicher haben. Ammoniak könnte durch seine hohe Energiedichte und leichtere Handhabung eine nachhaltige Energiequelle für stationäre und mobile Anwendungen sein. „Ammoniak bietet eine stabile und dichte Form von Wasserstoff und eignet sich damit ideal für saubere Strom- und Wärmeerzeugung“, betont Nousch und verweist auf die klimafreundlichen Potenziale dieser Technologie.
Diese Technologie könnte in der Industrie und Schifffahrt eine interessante Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellen.
