Erneuerbares Ammoniak wird zunehmend als kohlenstofffreier grüner Brennstoff betrachtet, der den Weg zu einer neuen stickstoffbasierten Energiewirtschaft eröffnet. Seine Energiedichte pro Volumen ist fast doppelt so hoch wie die von Wasserstoff und lässt sich leichter transportieren, lagern und verteilen. In dem Maße, wie der Markt aufgrund der Bemühungen verschiedener Unternehmen (z. B. YARA) um eine umweltfreundlichere Produktion wächst, werden auch die Vertriebswege für den Import von Ammoniak und die Ammoniak-Betankungstechnologien folgen. Das Projekt soll die Akzeptanz von Ammoniak als synthetischem Kraftstoff ohne CO2-Emissionen fördern. Es konzentriert sich auf einen Durchbruch bei der direkten Energieumwandlung von NH3-Kraftstoff in Strom.
Zu diesem Zweck wird ein neues, vielversprechendes Verfahren auf der Basis eines Membranreaktors realisiert und experimentell charakterisiert. Das Verfahren ist vergleichbar mit einer Brennstoffzelle mit innerem Kurzschluss, jedoch ohne die typischen elektrischen Verbindungen zur Vermeidung von elektrischen Verlusten. Daher ist das System wesentlich einfacher und kostengünstiger als eine SOFC (Solid Oxide Fuel Cell). Die chemische Energie des flüssigen Ammoniaks wird durch eine so genannte Selbstdruckverbrennung in einem Druckbehälter mit konstantem Volumen in ein hochkomprimiertes Gas (N2 + H2O) umgewandelt. Die Energie wird durch die Expansionsarbeit mit Hilfe eines Gasexpanders gewonnen, z. B. in einem Gasexpander wie einer Dampfturbine oder einem Motor. Da ein hoher Druck die Gesamteffizienz des Prozesses erhöht, besteht der Membranreaktor aus röhrenförmigen Keramikmembranen, die einem sehr hohen Gasaußendruck standhalten können. Die Membranen sind leitfähig für Oxidionen und elektronische Ladungsträger und realisieren den inneren elektrischen Kurzschluss in einem einzigen Element. Sie werden auch MIEC (Mixed Ionic Electronic Conductor), ITM (Ion transporting Membranes), OTM (Oxygen transporting Membranes) genannt. Ähnlich wie bei der Brennstoffzelle ist der thermodynamische Wirkungsgrad des Prozesses nicht eingeschränkt. Im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren, Dampfkraftwerken oder anderen Prozessen, die auf dem Kreislauf eines Arbeitsmediums basieren, wird ein wesentlich höherer Wirkungsgrad erwartet.
Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 951880 gefördert.
Partner: INP Greifswald, ZBT GmbH, POLIMI, Fraunhofer IKTS, PBS, RANOTOR
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