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AGUS Markgräflerland e.V.
 
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Neue KLIMA-TECHNOLOGIEN

Repowering von Windkraftanlagen

Bild Ein gutes Beispiel für Repowering der Firma Vattenfall. Bild-Quelleninformation
Darunter versteht man einerseits die Um-/Aufrüstung älterer Windanlagen mit neuen (gräßeren) Flügeln sowie effizienteren Generatoren unter Beibehaltung des Turmes und andererseits den Neubau einer Windkraftanlage nach dem kompletten Rückbau einer Altanlage am gleichen Standort. In beiden Fällen geht es darum, die Stromausbeute pro Anlagepunkt durch Windräder der neueren Generation wesentlich zu steigern (teilweise zu Vervielfachen, also z.B. von ehemals 2 MWh auf 10 MWh zu erhöhen) und so die in der Vergangenheit erhaltene Standortgenehmigung auch langfristig zu nutzen.
Da größere Flügellängen oftmals auch höhere Türme benötigen, kann dies zu einem ungewohnten Landschaftsbild führen. Andererseits wird zumeist ein größerer Abstand zwischen den einzelnen Anlagen notwendig, so dass insgesamt nach vollzogenem Repowering auf einem Areal weniger Windräder stehen, also vorher und trotzdem die Stromausbeute erheblich zugelegt hat.

CCS - Carbon Capturing and Storage

Hierbei geht es darum, CO2 in Kavernen unter der Erdoberfläche zu speichern und so die Atmosphäre zu entlasten. Technisch wird das CCS-Verfahren insbesondere bei solchen Prozessen Verwendung finden, wo CO2 als Nebenprodukt einer chemischen Reaktion in großen Mengen/Konzentrationen entsteht und somit vergleichsweise leicht abgetrennt werden kann. Jedoch: Eine Abfangrate von maximal 50% des CO2 aus dem Abgasstrom gilt als machbar. Höhere Raten sind nur sehr aufwändig zu erreichen.
Die Aufarbeitung von Kalk (CaCO3) zu Zement (Ca(OH)2) ist daher eine prädestinierte Anwendung. Die Speicherung des CO2 kann in bereits ausgebeuteten Erdgaslagerstätten erfolgen. Technisch ist diese Technologie vergleichsweise problemlos machbar.

Dampfspaltung (Steam Cracking) von Naphtha als Zwischenstufe zur Herstellung von Kunststoffen

Naphtha ist eine Flüssigkeit und wird in Raffenerien durch Destillation von Erdöl gewonnen, ähnlich wie Benzin und Diesel bzw. Heizöl. Die chemische Spaltung des Naphtha unter Verwendung von Heißdampf (750-900 Grad C) führt zu chemischen Rohstoffen, aus denen u.a. die Massenkunststoffe Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol (Styropor) hergestellt werden.
Die Spaltungsreaktion benötigt große Wärmemengen, die typischerweise durch das Verbrennen von Erdgas bereitgestellt werden. Durch die Verbrennung des Erdgas entsteht CO2, welches normalerweise direkt in die Atmosphäre entlassen wird. Pro kg Kunststoff werden ca. 0.69 kg CO2 emittiert.
Da der eigentliche Produktionsprozess kein CO2 produziert, bietet es sich an, die Wärmegewinnung über alternative Wege wie z.B. mit Strom zu produzieren. Durch Nutzung von EEG-Strom wäre dann diese chemische Reaktion nahezu klimaneutral.

Wasserstoffwirtschaft Teil 1: Wo kann Wasserstoff sinnvoll eingesetzt werden?

  • Die größte Menge an Wasserstoff wird heute noch zur Herstellung von Ammoniak verwendet:
    28 g Luftstickstoff (N2) + 6 g Wasserstoff (3 H2) → 34 g Ammoniak (2 NH3)
    Das gewonne Ammoniak wird dann wiederum zu größten Teil für die Herstellung von Düngemittel verwendet  
  • Wasserstoff dient in der chemischen Industrie zudem als Rohstoff für die gezielte Herstellung diverser organischer Verbindungen, angefangen bei einfachen Ölen bis hin zu Pharma-Produkten.  
  • Relativ neu ist die Verwendung von Wasserstoff für die Herstellung von flüssigen Treibstoffen. Mehr dazu im Abschnitt "PtX".  
  • Desweiteren ist Wasserstoff ein Brennstoff, der unter großer Energiefreisetzung mit dem Luftsauersoff zu harmlosem Wasser "verbrennt":
    4 g Wasserstoff (2 H2) + 32 g Luftsauerstoff (O2) → 36 g Wasser (2 H2O)
    Die "Verbrennung" des Wasserstoffs kann einerseits in Brennstoffzellen erfolgen und führt dann zu elektrischer Energie oder erfolgt als freie Flamme zur Erzeugung von Wärmeenergie, bevorzugt für Prozesse mit besonders hohen Temperaturen wie z.B. der Stahlherstellung.  

Wasserstoff-Wirtschaft Teil 2: "Farbenlehre"

  • Grauer Wasserstoff wird aus fossilen Brennstoffen gewonnen. In der Regel wird bei der Herstellung Erdgas unter Hitze in Wasserstoff und Kohlendioxid (CO2) gespalten. Das CO2 wird anschließend ungenutzt in die Atmosphäre abgegeben und verstärkt so den globalen Treibhauseffekt: Bei der Produktion einer Tonne Wasserstoff entstehen rund 10 Tonnen CO2.  
  • Blauer Wasserstoff ist grauer Wasserstoff, dessen CO2 bei der Entstehung jedoch abgeschieden und gespeichert wird (Englisch: Carbon Capture and Storage, CCS). Das bei der Wasserstoffproduktion erzeugte CO2 gelangt so nicht in die Atmosphäre und die Wasserstoffproduktion kann als CO2-neutral betrachtet werden.  
  • Grüner Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt, wobei für die Elektrolyse ausschließlich Strom aus erneuerbaren Energien zum Einsatz kommt. Unabhängig von der gewählten Elektrolysetechnologie erfolgt die Produktion von Wasserstoff CO2-frei, da der eingesetzte Strom zu 100% aus erneuerbaren Quellen stammt und damit CO2-frei ist.  
  • Türkiser Wasserstoff ist Wasserstoff, der über die thermische Spaltung von Methan (Methanpyrolyse) hergestellt wurde. Anstelle von CO2 entsteht dabei fester Kohlenstoff. Voraussetzungen für die CO2-Neutralität des Verfahrens sind die Wärmeversorgung des Hochtemperaturreaktors aus erneuerbaren Energiequellen, sowie die dauerhafte Bindung des Kohlenstoffs.  

Wasserstoffwirtschaft Teil 3: Wie kann man Wasserstoff klimagünstig herstellen?

Bild ELEKTROLYSE
Bild-Quelle
Klassisch (also bis heute/2020) wird Wasserstoff großtechnisch über zwei Wege hergestellt:
  • Wasser-Elektrolyse
    Bei der Elektrolyse reinen Wassers werden Wassermoleküle mit Hilfe von Strom so zerlegt, dass einerseits Wasserstoff entsteht, andererseits Sauerstoff.

    36 g Wasser (2 H2O) → 4 g Wasserstoff (2 H2)+ 32 g Sauerstoff (O2)
    Strombedarf: ca. 50 kWh pro kg Wasserstoff

    Die Produktion von Wasserstoff auf diesem Wege ist wegen des hohen Strombedatfs unwirtschaftlich.
     
  • Chlor-Alkali-Elektrolyse
    Heute (Jahr 2020) wird statt reinem Wasser normalerweise eine Salzlösung eingesetzt und dabei statt Sauerstoff Chlor hergestellt, welches für die Produktion von PVC und anderer organischer Chlorverbindungen benötigt wird. Gleichzeitig werden bei diesem Elektrolyseverfahren Wasserstoff sowie Natronlauge hergestellt. Es handelt sich also um eine gekoppelte Produktion aller dieser 3 Produkte.

    Teilreaktion 1:
    117 g Salz (2 NaCl) - Strom {2 Elektronen} → 71 g Chlor (Cl2) + 46 g Natrium-Kationen (2 Na+)
    Teilreaktion 2:
    46 g Natrium-Kationen (2 Na+) + 72 g Wasser (4 H2O) → 116 g 50%ige Natronlauge (2 NaOH/H2O) + 2 g Wasserstoff (H2) + Strom {2 Elektronen}

    Gesamtreaktion:
    117 g Salz (2 NaCl) + 72 g Wasser (4 H2O) → 71 g Chlor (Cl2) + 116 g 50%ige Natronlauge (2 NaOH/H2O) + 2 g Wasserstoff (H2)
    Strombedarf: 53 kWh pro kg Wasserstoff (rechnerisch), aber in der Praxis werden die Stromkosten unter den 3 produzierten Produkten aufgeteilt

    Im Zuge der heute verfügbaren Elektrolysekapazitäten wird jedoch insgesamt deutlich weniger Wasserstoff produziert als in der Chemieindustrie benötigt wird. Daher hat sich das zuvor beschriebene Dampfreformieverfahren etablieren können, welcher Erdgas als Rohstoff verwendet.
    Wollte man jetzt kurzfristig die vorhandenen Elektrolyseeinheiten verwenden, um deutlich größere Mengen an Wasserstoff zu produzieren, würde dies entweder zu einer Überproduktion von Chlorgas führen oder man müsste zurück auf die Elektrolyse des reinen Wassers. Beide Wege sind daher stark unwirtschaftlich und benötigen zudem sehr große Strommengen, die wiederum innerhalb der kommenden 20 Jahre durch erneuerbare Energiequellen vermutlich nicht bedient werden können. Die Produktion von Wasserstoff auf diesem Wege mit dem Ziel der klimagünstigen Herstellung von Stahl oder anderen Produktion ist also mit Blick auf die heute verfügbaren Techniken nur in sehr geringem Umfang möglich.  
  • Dampfreformierung (Steam Reforming)
    Vorab: Dampfreformierung darf nicht mit Dampfspaltung (siehe eigene Überschrift) verwechselt werden. Die Verfahren unterscheiden sich im Bezug auf die Zielrichtung und auch bezüglich der Klimarelevanz.
    Ziel des Dampf-Reforming-Prozesses ist es, Wasserstoff herzustellen. Dazu wird Methan (= Hauptbestandteil des Erdgases) thermisch gespalten. Dabei entsteht der gewünschte Wasserstoff sowie gewichtsmässig in einem deutlich größeren Ausmass auch CO2 als unerwünschtes Nebenprodukt, welches direkt in die Atmosphäre entlassen wird:

    16 g Methan (CH4) + 36 g Wasser (2 H2O) → 8 g Wasserstoff (4 H2) + 44 g Kohlendioxid (CO2)
    Verfahren ohne Strom!

    Zusätzliche Mengen an CO2 entstehen durch die Verbrennung von weiterem Erdgas, um die für diese chemische Reaktion notwendige Temperatur von 700-900 Grad C zu erzeugen.  

Bild SCHAUBILD METHAN-PYROLYSE
Bild-Quelle
Neue Verfahren:
  • HT-Elektrolyse
    Im Prinzip nichts anderes als die "normale" Wasser-Elektrolyse bei der das flüssige Wasser gegen Hochtemperatur-Wasserdampf (bis 850 Grad) ausgetauscht ist. Das Wasser wird in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten; ein elektrisch geladenes Diaphragma verhindert die spontane Rückreaktion, d.h. die beiden Gase werden getrennt aufgefangen.

    36 g Wasser (2 H20) → 4 g Wasserstoff (2 H2) + 32 g Sauerstoff (O2)
    Strombedarf: ca. 30 kWh pro kg Wasserstoff

    Größter Vorteil dieses modifizierten Elektrolyse-Verfahrens ist der massiv reduzierte Strombedarf, was trotz der notwendigen Heizung insgesamt zu einer besseren Wirtschaftlichkeit der HT-Elektrolyse führt.  
  • Methan-Pyrolyse
    Dies ist eine völlig neue Technologie für die Wasserstoffherstellung, die darauf basiert, dass Methan bei 2500 Grad spontan unter Bildung von Wasserstoff und Kohlenstoff (=Graphit) zerfällt.
    Labortechnisch funktioniert dieses Verfahren. Großtechnisch gibt es noch Probleme mit dem Abtransport des gebildeten Kohlenstoffs aus dem Reaktor. Es wurden bereitsverschiedene Metall-Legierungen als "Schlepper" getestet, so dass man relativ sicher ist, innerhalb von 3-5 Jahren einen marktreifen Produktionsprozess entwickelt zu haben.
    Die entscheidende Vorteil dieses Verfahrens sind, dass der Prozess komplett ohne Zufauhr von elektrischem Strom funktioniert (welcher ja nur vergleichsweise aufwendig hergestellt werden müsste) und der entstehende Kohlenstoff als Graphit anföllt, welches entweder als Rohstoff für andere Produkte verwendet werden kann oder aber relativ problemlos in Deponien gespeichert werden kann (sozusagen umgekehrte Bergwerke). Die Energiebereitstellung für den Prozess erfolgt am sinnvollsten durch Verbrennung von ca. 16% des hergestellten Wasserstoffes unter Bildung von reinem Wasser.
    Insgesamt ergeben sich folgende Reaktionsgleichungen:

    Pyrolyse-Reaktion:
    96 g Methan (6 CH4) → 24 g Wasserstoff (12 H2) + 72 g Kohlenstoff (6 C)
    Heizung:
    2 g Wasserstoff (H2) + 16 g Sauerstoff (0.5 O2) → 18 g Wasser (H2O)

    Gesamtreaktion:
    96 g Methan (6 CH4) + 16 g Sauerstoff (0.5 O2)→ 22 g Wasserstoff (11 H2) + 72 g Kohlenstoff (6 C) + 18 g Wasser (H2O)
    Verfahren ohne Strom! 

Verfahrensvergleich
Herstellung von
1000 g Wasserstoff
Rohstoff- und Energieeinsatz
Erdgas (Methan) // Strom
Besonderes
Wasser
-Elektrolyse
(ohne) // 50 kWh *
Chlor-Alkali
-Elektrolyse
(ohne) // 53 kWh *Produktion auch von
Koppelprodukten, die
in der Chemieindustrie
benötigt werden.!
Dampf
-Reformierung
2000 g // (ohne) 700-900 Grad C **
Als Nebenprodukt entsteht
5500 g CO2!
Hochtemperatur
-Elektrolyse
(ohne) // 30 kWh *bis 850 Grad C **
Methan-Pyrolyse 2000 g // (ohne) 2500 Grad C
Brennstoffbedarf
für die Heizung bereits
berücksichtigt.


Legende: *= klimaneutral, wenn EEG-Strom; **=Heizung entweder durch Verbrennung von Erdgas unter Freisetzung von CO2 (evtl. 50% durch CCS reduziert) oder Verbrennung von Wasserstoff (klimaneutral, aber 10-15% Minderausbeute bzw. zusätzlich Gasbedarf von ca 250 g je 1000 g Wasserstoff.)

Etwas klimagünstiger, bei weitem nicht klimaneutral:
Synthetisch hergestellte statt fossile Kraftstoffe: "SynFuel"
auch: "PtX" ("Power-to-Fuel" oder "Power-to-Heat")
auch: "Fischer-Tropsch-Synthese"

Theoretisch ist alles ganz einfach: Man nehme Wasserstoff und Kohlendioxid und produziert dann Syn-Gas, Syn-Kerosin (Flugbenzin) oder andere flüssige Treibstoffe, je nach detaillierter Reaktionsführung:

Gesamtreaktion (hier noch ohne Mengenangaben):
136 g Wasserstoff (68 H2) + 968 g Kohlendioxid (22 CO2) → 70 g Kerosin (2 C11H24) + 892 g Wasser (44 H2O)

Die chemischen Prozessschritte sind gut bekannt. Also nix wie ran und so das Klima schützen und gleichzeitig unabhängig werden von fossilen Brennstoffen! - Ach, wenn es denn so einfach wäre!!
Tatsächlich handelt es sich beim Herstellprozess um eine Vielzahl von einzelnen Reaktionsschritten, die durchlaufen werden müssen, bevor aus den einfachen Rohstoffen der synthetische Kraftstoff entsteht. Und entscheidend ist die Verfügbarkeit von klimagünstig produziertem Wasserstoff (→ vorhergehender Abschnitt). Die gesamte Realtionsfolge ist als Fischer-Tropsch-Synthese bekannt. Die übergeordneten Schritte sind:

  • Herstellung von Wasserstoff (siehe auch anderes Kapitel auf dieser Seite)
     
  • Herstellung von Methanol
    Durch Reaktion von Wasserstoff mit Kohlendioxid lässt sich synthetisch Methanol produzieren. Aber woher kommt das Kohlendioxid? Da gibt es mehrere Möglichkeiten:
    (1) Extrahiert aus der Luft (Luftzerlegung) --> benötigt etrem große Strommengen bzw. - auf Hochdeutsch - viel größere Strommengen als auf absehbare Zeit als EEG-Strom zur Verfügung stehen wird. Dies ist - zumindest vorläufig - der Todesstoß für den großflächigen Einsatz dieser CO2-Produktionstechnologie!
    (2) CO2-Extraktion aus den Abgasen der bewussten Verbrennung von Biomasse. Das so hergestellte CO2 ist klimaneutral, weil es vorher von Pflanzen der Atmosphäre entnommen wurde.
    (3) Vom Kohlendioxid, welches in den Zementfabriken aufwändig vom Rauchgas eingefangen wird, und eigentlich für CSS vorgesehen war. --> billig!
    (4) Durch Verbrennung eines (sehr kleinen Teils des) Kohlenstoffs, welcher bei der Wasserstoffherstellung durch Methan-Pyrolyse erzeugt wird. --> Sehr sinnvolle Verwendung des "Abfallprodukts" der Methan-Pyrolyse.
    (5) Durch Verbrennung von Kohle. --> Klar geht das. Aber wollen wir das? Soll auf diese Weise die Kohlenindustrie in China und Australien gefördert werden? Das kann kaum eine ernste Option darstellen.  
  • Herstellung des längerkettigen Alkens (=halb-flüssige ölige Flüssigkeit mit einer Doppelbindung)
    Ausgehend von Methanol ist es möglich über mehrere Zwischenprodukte zu einem längerkettigen Alken zu kommen:
    Methanol → DME = Dimethylether → Ethen = Ethylen → längerkettiges Alken
    Dieses längerkettige Alken ist von sich aus zwar auch schon gut brennbar und damit theoretisch als Brennstoff geeignet, aber es neigt dazu, bei Lagerung zu Verharzen. Und die gebildeten Harze verkleben dann die Treibstoffleitungen, Treibstoffpumpen und sämtliche Ventile. Daher ist noch ein letzter Arbeitsschritt notwendig.  
  • Herstellung des längerkettingen Alkans (=Kerosin)
    Durch Behandlung des längerkettingen Alkens der Vorstufe mit zusätzlichem Wasserstoff entsteht ein längerkettiges Alkan, welches dann nicht mehr verharzen kann und somit als Kraftstoff in verschiedensten Motoren und Heizungen verwendet werden kann.  

Verfahrensvergleich
Herstellung von
1000 g Syn-Kerosin
Rohstoff- und Energieeinsatz
Erdgas(Methan)//Strom
Besonderes
Power-to-Kerosin:
Wasserstoffherstellung mittels Wasser-
Elektrolyse und CO2,
welches aus dem CCS-
Prozess ausgeschleust wurde
(ohne) // 22 kWh Bei der Nutzung des hergestellten Treibstoffes - also beim Endkunden - entsteht 3100 g CO2, also die Menge, welche vorher aus dem CCS-Prozess ausgeschleust wurde.
+++++++
Im Produktionsprozess des Syn-Kerosins entstehen indirekt CO2-Emission über den Stromverbrauch, sofern es sich nicht um 100% EEG-Strom handelt.
Power-to-Kerosin:
Wasserstoffherstellung mittels Hochtemperatur-Wasser-Elektrolyse (Annahme: Gasheizung) und CO2,
welches aus dem CCS-
Prozess ausgeschleust wurde
55 g // 13 kWh Bei der Nutzung des hergestellten Treibstoffes - also beim Endkunden - entsteht 3100 g CO2, also die Menge, welche vorher aus dem CCS-Prozess ausgeschleust wurde.
++++++++
Im Produktionsprozess des Syn-Kerosins entstehen weitere 150 g CO2-Emission über die (angenommene) Gasheizung. Kein weiteres CO2 aus Strom, wenn EEG-Strom eingesetzt wird.
Power-to-Kerosin:
Wasserstoffherstellung mittels Hochtemperatur-Wasser-Elektrolyse (Annahme: Gasheizung) und CO2,
welches aus der Verbrennung von Biomasse stammt.
55 g // 13 kWh Bei der Nutzung des hergestellten Treibstoffes - also beim Endkunden - entsteht zwar CO2, aber dies gilt als klimaneutral (!!), weil ursprünglich aus Biomasse stammend!
++++++++
Im Produktionsprozess des Syn-Kerosins entstehen weitere 150 g CO2-Emission über die (angenommene) Gasheizung. Kein weiteres CO2 aus Strom, wenn EEG-Strom eingesetzt wird.
Syn-Kerosin:
Wasserstoffherstellung mittels H2-ge-
heizter Gas-Pyrolyse
und CO2 aus der
Verbrennung eines Teils
des Kohlenstoffs, der in
der Methan-Pyrolyse
gebildet wird.
1900 g // (ohne Strom)Bei der Nutzung des hergestellten Treibstoffes - also beim Endkunden - entsteht 3100 g CO2.
zum Vergleich:
Erdöl-Kerosin
(ohne) g // (ohne Strom)Bei der Nutzung des hergestellten Treibstoffes - also beim Endkunden - entsteht 3100 g CO2.
++++++++
Im Produktionsprozess des Kerosins in der Raffinerie sowie durch die vorgängige Förderung und des Transports des Erdöls entstehen - grob geschätzt - weitere 1000 g CO2-Emission.


ERKENNTNIS: Synthetische Brennstoffe, welche nicht CO2 aus der Luft beziehen (was derzeit völlig unrealistisch ist), sind bestenfalls klimagünstiger als Brennstoffe aus Erdöl, aber niemals klimaneutral!

JEDOCH: der Einsatz von CO2 aus Biomasse-Verbrennung ist der einzige Weg, Syn-Fuels klimagünstig zu produzieren.
Leider dürften die so produzierbaren Mengen an CO2-Gas mangels ausreichender Agrar-Flächen für den großtechnischen Einsatz nicht zur Verfügung stehen!

Ammoniak als CO2-freier Treibstoff der Zukunft, insbesondere geeignet für schwere Maschinen

Grundsätzlich ist die Verbrennungsreaktion von Ammoniak sehr simpel, denn Ammoniak kann mit Sauerstoff reagieren und bildet unter Energiefreisetzung nur harmlosen Stickstoff (zu 78% in Atmosphäre vorhanden) sowie Wasser:

Verbrennungsreaktion
72 g Ammoniak (4 NH3) + 96 g Sauerstoff (3 O2) → 60 g Stickstoff (2 N2) + 108 g Wasser (6 H2O)

Das Problem ist der relativ geringe Heizwert von Ammoniak von nur 5.2 kWh pro kg (verglichen mit 12 kWh pro Kg Kerosin oder 33 kWh pro kg Wasserstoff). Das ist auch unmittelbar sichtbar. An der Luft lässt sich Ammoniak zwar entzünden, aber eine kontinuierliche Verbrennung findet nicht statt, sondern die Flamme erlischt wieder. Entsprechend ist es auch unmöglich, heute vorhandene Heizungen und Motoren mit Ammoniak zu betreiben (abgesehen von anderen Problemen wie Korrosion usw.). Es gibt aber seit langer Zeit spezielle Motoren und auch Brennstoffzellen, die mit Ammoniak betrieben werden können, d.h. die grundlegende Technologie ist bekannt und wird derzeit nur noch optimiert. Ebenfalls bekannt und technisch kontrollierbar sind typische Probleme von Verbrennungsmotoren, wie z. B. die Bildung von NOx-Gasen (kann mit 3-Wege-Kat gelöst werden). Der breiteren Einsatz von Ammoniak als Brennstoff ist also kurzfristig prinzipiell möglich.

Wiederum auf Grund des relativ geringen Heizwerts im Verhältnis zum Gewicht erscheinen stationäre Anwendungen sowie Anwendungen in schweren mobilen Maschinen, wo Gewicht nur eine untergeordnete Rolle spielt, als potentiell besonders attraktiv. Folgerichtig gibt es erste praktische Versuche in Kraftwerken (Gasturbinen), Schiffsmotoren sowie Motoren für Lokomotiven.

Neben dem Nachteil des geringen Heizwertes sowie der Toxizität von hochkonzentriertem Ammoniak, hat Ammoniak als Brennstoff auch eine Reihe von Vorteile, insbesondere im Vergleich mit Wasserstoff:
(1) Die Lagerung ist relativ einfach, ähnlich wie bei einem LPG-Gastank im Auto.
(2) Die flüssige Handelsform (bei 50 bar Druck und 50 Grad C noch flüssig!) ermöglicht ein schnelles Auftanken (ähnlich wie LPG). Der Überdruck ist zwar deutlich höher als bei LPG (5-15 bar) oder Propan-Campaigngas (8 bar) aber deutlich niedriger als bei Wasserstoff (700 bar).
(3) Das Produktionsverfahren ist extrem gut bekannt (Haber-Bosch-Verfahren), da Ammoniak ein Schlüsselprodukt für die Herstellung von Düngern darstellt. Die Produktion wird im großtechnischen Maßstab durchgeführt. Der Stickstoff wird direkt aus der Luft gewonnen; für den Wasserstoff sind auf dieser Seite verschiedene Verfahren beschrieben.

Herstellreaktion
30 g Stickstoff (N2) + 6 g Wasserstoff (3 H2) → 36 g Ammoniak (2 NH3)

(4) Unerwartet vorteilhaft ist auch der sehr unangenehme, stechend Geruch von Ammoniak. Dadurch werden bereits kleine Lecks in Tanks, Motoren und Heizungen sehr frühzeitig entdeckt und können rechtzeitig beseitigt werden, bevor es zu gesundheitlichen Problemen bei Menschen kommt.

Direkte Stromheizung statt Heizung mit fossilien Energieträgern

Die Nutzung von Strom zu direkten Heizzwecken ist in der Regel ausgesprochen ineffizient, weil sowohl bei der Stromproduktion wie auch beim Stromtransport erhebliche Energieverluste auftreten.

  • Stahlproduktion
    Bei der Herstellung von Stahl wird auch sehr viel Alteisen mitverwendet, d.h. eingeschmolzen. Mittel Lichtbogenheizung (bekannt aus dem Schweissen) kann Strom vergleichsweise effizient eingesetzt werden. Aus energetischen Gründen erscheint aber die Nutzung von Wasserstoff als Heizmedium deutlich sinnvoller, weshalb die Stromheizung in der Stahlindustrie auch zukünftig nur für Süezialstähle sinnvoll erscheint.  
  • Glasproduktion
    Das Aufschmelzen von Silikaten und recycletem Alt-/Bruchglas zur Herstellung von Glas kann auch elektrisch erfogen. Der Einsatz von Strom aus unregelmäßig vorhandenen Quellen ist hier sogar besonders interessant, da bei der Glasproduktion typischerweise in einem Batch großere Mengen (mehr als 10 m3) an Flüssigglas erzeugt werden, die dann erst nach und nach zur Herstellung von Glasartikeln abgefüllt werden. Man kann also zu Zeiten eines Überangebots von Strom (z.B. durch Photovoltaik am Mittag) die Glasrohstoffe schnell aufschmelzen und dann für den Rest des Tages das Flüssigglas nach und nach verarbeiten. Dadurch wird der Stromverbrauch dem Stromangebot angepasst.  

Wärmepumpen & Hochtemperatur-(HT)-Wärmepumpen ersetzen fossile Heizungssysteme

Wärmepumpen für Anwendungen bis ca. 80 Grad C stellen eine etablierte Technologie dar, die u.a. für Heizungsanlagen von Wohn- und Geschäftshäusern bereits etabliert ist.

Durch den Einsatz von bereits warmen Ausgangsmedien (z. B. Geothermie-Warmwasser) oder durch eine Kaskade von mehreren Wärmepumpen hintereinander (erwärmtes Wasser einer ersten Wärmepumpe dient als Medium für die zweite Stufe) sowie durch das Identifizieren geeigneter HT-Wärmeübertragungsmedien innerhalb der Wärmepumpe können seit kurzem auch nutzbare Temperaturen bis 180 Grad C erzielt werden.

Soamit können jetzt die meisten chemischen Prozesse, die meisten temperaturkritischen Prozesse der Nahrungsmittelindustrie (z.B. Koch- und Trocknungsprozesse) sowie diverse Umformprozesse in der verarbeitenden Metall-und Kunstoffindustrie neu mit Wärmepumpen betrieben werden. Dies stell ein großes Potential dar!