Grünes Ammoniak - der Schlüssel zur Dekarbonisierung der Schifffahrt?

Das Ausmaß des Problems ist unbestreitbar. Und die dringende Notwendigkeit, es zu lösen. Laut IMO ist der Seeverkehr für fast 3 % der jährlichen_{CO2-Emissionen} der Welt verantwortlich. Im Jahr 2018 einigten sich die IMO-Delegierten darauf, die Emissionen bis 2050 um 50 % gegenüber dem Stand von 2008 zu senken. Doch in weniger als drei Jahrzehnten scheint dieses Ziel unerreichbarer denn je. Die Entwicklung praktikabler Alternativen zu Dieselkraftstoff ist eine zeitkritischere Herausforderung als je zuvor. Kann grünes Ammoniak die Kohlenstoffkrise der Schifffahrt lösen?

Was ist grünes Ammoniak?

Im Zusammenhang mit der Ökologisierung von Ammoniak ist es wichtig, sich daran zu erinnern, wie abhängig die Welt bereits von dem herkömmlichen Produkt ist. Die Hälfte unserer weltweiten Nahrungsmittelproduktion hängt von Ammoniak als Hauptbestandteil von Mineraldünger ab. Die Produktion dieses scharfen, farblosen Gases - ein einfaches Molekül, das aus drei Wasserstoffatomen besteht, die an ein einziges Stickstoffatom gebunden sind - macht etwa 5 % des weltweiten Gasverbrauchs aus. Das liegt daran, dass Ammoniak (NH3) konventionell durch das energieintensive Haber-Bosch-Dampf-Methan-Reformierungsverfahren hergestellt wird, bei dem Wasserstoff und Stickstoff mit einem Katalysator bei hoher Temperatur (ca. 500° C) und hohem Druck (20-40 mPa) reagieren. Dieser Prozess wird mit Erdgas betrieben. Die Gleichung für grünes Ammoniak besteht also darin, diesen fossilen Brennstoff durch erneuerbare Energie zu ersetzen. Grüner Wasserstoff wird durch die Aufspaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mittels Elektrolyse erzeugt, während der für die Ammoniaksynthese benötigte Stickstoff durch Luftzerlegungstechnologie gewonnen wird. Die Herstellung von grünem Ammoniak, die oft als "Power-to-X" bezeichnet wird, ist kein so komplexer Prozess, sondern erfordert lediglich große Mengen an grüner Energie.

Grünes Ammoniak als Kraftstoff

Obwohl grünes Ammoniak die neunfache Energiedichte von Li-Ionen-Batterien und die dreifache Energiedichte von komprimiertem Wasserstoff aufweist, gibt es erhebliche Hindernisse für seine Verwendung in der Seeschifffahrt - in erster Linie seine Kosten, das Fehlen von Produktionsanlagen und seine Toxizität. Eine Umfrage auf der Ammonia Energy Conference im November 2020 ergab, dass 35 % der Befragten das größte Hindernis für grünes Ammoniak als Schiffskraftstoff im Fehlen einer Kohlenstoffsteuer sahen, 32 % sahen es in den Kosten für die Produktion von grünem Wasserstoff. Hier muss der Weg über die Einführung einer Besteuerung von Kohlenstoffemissionen und eine strengere Gesetzgebung führen. Die Forderung nach einer Kohlenstoffsteuer wird seit Jahren erhoben, aber bisher wurden kaum Fortschritte erzielt, da der rechtliche Rahmen weitgehend fehlt. Selbst wenn der Preis für grünes Ammoniak sinken würde, stellt der derzeitige Mangel an großen Produktionsanlagen eine große Herausforderung für die mit Ammoniak betriebene Schifffahrt dar. Nicht zuletzt birgt die Verwendung von Ammoniak für den Antrieb einer Schiff neue Risiken. Ammoniak ist korrosiv gegenüber einigen kupfer- und nickelhaltigen Legierungen sowie gegenüber einigen Kunststoffen. Es ist schwer zu entzünden, verbrennt schlecht und erzeugt bei der Verbrennung bei hohen Temperaturen Stickstoffdioxid, das schädlich für die Atemwege ist, sowie geringe Mengen Distickstoffoxid, ein hochwirksames Treibhausgas. Mit anderen Worten: Der Weg zu diesem kohlenstofffreien Brennstoff ist alles andere als eben.

Die Risiken liegen auf der Hand, und es gab bereits mehrere Unfälle auf See, bei denen Ammoniak im Spiel war. Eine Liste der jüngsten Unfälle finden Sie im Abschnitt Maritime Nachrichten auf FleetMon. com.

Anzeichen von Fortschritt

Eine Möglichkeit, schädliche Emissionen zu vermeiden, ist der Einsatz von Brennstoffzellen zum Antrieb von Schiffen. Mehrere Projekte haben gezeigt, dass Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen kleinere Schiffe (z. B. Fähren und U-Boote) antreiben können, aber Ammoniak ist als Brennstoff für diese Brennstoffzellen nicht so geeignet wie Wasserstoff. Festoxid-Brennstoffzellen könnten sich jedoch als besser geeignet erweisen. Ein 2-Megawatt-System mit dieser Technologie wurde in das Versorgungsschiff Viking Energy in Norwegen eingebaut und soll ab 2024 getestet werden. Wärtsilä hat mit der Erprobung von Ammoniak in einem Schiffsverbrennungsmotor in Stord, Norwegen, begonnen. MAN Energy Solutions und Samsung Heavy Industries arbeiten zusammen, um bis 2024 das erste mit Ammoniak betriebene Öl zu entwickeln tanker .

Auch an der Produktionsfront geht es voran, wenn auch sehr langsam. Weltweit werden derzeit nur winzige Mengen an grünem Ammoniak produziert. Versuchsanlagen in Japan und im Vereinigten Königreich produzieren gerade einmal 30-50 kg pro Tag, während in Australien, Dänemark, Chile, Neuseeland und Saudi-Arabien bereits größere Initiativen gestartet wurden. In Queensland wurde ein Machbarkeitsprojekt für eine Anlage, die 20.000 Tonnen pro Jahr mit 208 GWh Ökostrom produzieren könnte, vom Staat unterstützt. Zum Vergleich: Die weltweite Schifffahrtsindustrie verbrauchte 2015 das Äquivalent von 3,05 Millionen GWh. Um nur 10 % davon durch grünes Ammoniak zu ersetzen, wären rund 550.000 GWh erneuerbare Energie erforderlich.

Im Juli 2020 wurde bekannt gegeben, dass im Nordwesten Saudi-Arabiens eine 5 Milliarden Dollar teure grüne Ammoniakanlage gebaut werden soll, die 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr produzieren soll. In einem weiteren kleinen Schritt nach vorn in Westjütland, Dänemark, unterstützt der Windenergieriese Vestas die Entwicklung einer 10-MW-Anlage im kommerziellen Maßstab für grünes Ammoniak, die bis 2022 in Betrieb gehen könnte. 

Obwohl konventionelles Ammoniak derzeit in 120 Häfen auf der ganzen Welt gelagert und umgeschlagen wird und diese Anlagen leicht auf die grüne Variante umgestellt werden könnten, ist es noch ein langer Weg, bis grünes Ammoniak für die Seeschifffahrt praktikabel wird. Doch als kohlenstofffreier Kraftstoff hat es in der Seeschifffahrt vermutlich eine große Zukunft. In einem im September 2019 von DNV veröffentlichten Bericht wird prognostiziert, dass Ammoniak bis 2050 25 % des Treibstoffs in der Schifffahrt ausmachen könnte, während alle neu gebauten Schiffe ab 2044 mit Ammoniak betrieben werden könnten. Zwei Branchenexperten sind ebenfalls optimistisch. Morten Bo Christiansen, Vizepräsident und Leiter des Bereichs Dekarbonisierung bei A.P. Möller - Maersk: "Neben Methanol ... sehen wir grünes Ammoniak als einen wichtigen zukünftigen Kraftstoff ...". Peter Kirkeby von MAN Energy Solutions: "Auf der technologischen Seite sehen wir für Ammoniak noch einige Arbeit vor uns. Aber es ist machbar."

Lesen Sie einen Gastbeitrag von Professor René Bañares-Alcántara von der Universität Oxford über Szenarien für ein Angebots- und Nachfragenetzwerk für grünes Ammoniak. FleetMon hat bestimmte AIS-Daten zur Unterstützung dieses Projekts zur Dekarbonisierung wichtiger Schifffahrtsrouten zur Verfügung gestellt. Wenden Sie sich an uns, wenn Sie AIS-Daten für akademische Zwecke benötigen.