Direkte Ammoniaknutzung

Es werden zwei grundlegende Wege zur direkten Nutzung von Ammoniak zur Strom- und Wärmebereitstellung untersucht:

• Umsetzung von Ammoniak in Festoxidbrennstoffzellen-Systemen (engl. solid oxide fuel cell, SOFC)
  Diese Systeme ermöglichen hohe elektrische Wirkungsgrade und sind für konventionelle Brennstoffe wie Erdgas bereits heute am Markt erhältlich. Die Umstellung auf den kohlenstofffreien Brennstoff Ammoniak erfordert jedoch eine Anpassung des Systemkonzepts. Ammoniak kann zwar in begrenztem Umfang direkt in der Zelle umgesetzt und zur Bereitstellung elektrischer Energie genutzt werden – das hat Vorteile für Systemkomplexität, Wärmemanagement und damit den erreichbaren Wirkungsgrad. Dennoch wird ein Cracker benötigt, der Ammoniak vor dem Eintritt in die Zelle zumindest teilweise in Wasserstoff und Stickstoff zerlegt. Für diesen Prozessschritt werden Katalysatormaterialien entwickelt. Es erfolgt die Integration geeigneter Crackingreaktoren in das SOFC-System sowie die Entwicklung und Demonstration von geeigneten Betriebs- und Wärmeintegrationskonzepten.
• Motorische Verbrennung
  Ammoniak verfügt über herausfordernde Zünd- und Verbrennungseigenschaften, weshalb es eines geeigneten Konzepts für die Brennstoffaufarbeitung, Gemischbildung und -entflammung bedarf. Die Verbrennungseigenschaften von Ammoniak können zudem über die Beimischung von Wasserstoff verbessert werden. Die Bereitstellung von Wasserstoff durch einen in den Motor integrierten Crackingreaktor ist Teil des betrachteten Konzepts. Die Bereitstellung von Wärme für den endothermen Crackingschritt erfolgt dabei mit Motorabgasen. Diese Wärmeintegration erlaubt einen effizienten Betrieb des entwickelten Motors. Die Entwicklungsarbeiten werden an einem 1-Zylinder-Forschungsmotor durchgeführt. Es erfolgt eine Bewertung der Eignung auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse.

Ein Nachteil der energetischen Nutzung von Ammoniak ist die in beiden Konzepten unvermeidbare Entstehung schädlicher Stickoxide (NOx). Um entsprechende Emissionsstandards einzuhalten, bedarf es – ähnlich wie in konventionellen Verbrennungsmotoren – einer Abgasnachbehandlung. Teil der Arbeit ist daher die Entwicklung, Charakterisierung und Optimierung langzeitstabiler Katalysatormaterialien für diese spezifische Anwendung.

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