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A tutto gas
Ammoniak als H2-Carrier – Achtung auf Energiebilanz?

Ein Blick auf Energiebilanz für die Bereitstellung von H2 mittels Ammoniak als Wasserstoffträger für Langstreckentransporte

by Alfred Schuch
4/29/2025

Grüner Ammoniak (NH3) wird durch die Synthese von grünem Wasserstoff (H2) und Stickstoff (meistens Haber-Bosch-Verfahren) hergestellt. Ammoniak, ein stechend riechendes, in Wasser gut lösliches, farbloses, giftiges Gas das zu Tränen führt, beim Einatmen die Atemwege reizt und erstickend wirkt, kann im Vergleich zu H2 leichter verflüssigt werden (-33°C für NH3 versus -253°C für H2) somit bei moderateren Bedingungen transportiert und gelagert werden. Da Ammoniak seit Jahrzehnten großtechnisch genutzt wird – jährliche Produktion ca. 200 Mio. Tonnen, vorwiegend für die Düngemittelproduktion - ist der weltweite Transport und die Lagerung von Ammoniak technologisch ausgereift und sicher. Die volumetrische Wasserstoffdichte von Ammoniak ist ca.1,7-mal so hoch wie die von flüssigem H2 – folglich werden die energetischen Aufwendungen beim Transport im Vergleich zum H2-Transport reduziert – zumal auch die Verflüssigung und Lagerung von Ammoniak im Vergleich zu H2 weniger energieintensiv ausfällt da niedrigere Drücke und „herkömmlichere“ Temperaturen ausreichen.

Aus der derzeitigen Perspektive gilt Ammoniak als kostengünstigster, flüssiger, Wasserstoffträger für Langstreckentransporte – insbesondere über den Seeweg. Ammoniak kann in Gasturbinen und Schiffsmotoren direkt verbrannt werden wodurch für dieses Anwendungsgebiet die enegieintensive Rückumwandlung zu H2 entfällt und Ammoniak als Treibstoff dienen kann. Falls Ammoniak am Zielort wieder in Wasserstoff und Stickstoff gespalten werden muss (Ammoniak-Cracking) sind für diesen Prozess hohe Temperaturen (600–900 °C) – folglich viel Energie erforderlich. Der Heizwert von Ammoniak liegt mit 5,2 kWh/kg deutlich unter dem von Benzin (11,4 kWh/kg) und noch deutlicher unter dem von Wasserstoff (33,33 kWh/kg).

Trotz der genannten Vorteile stellt sich die Frage der Energiebilanz für die Bereitstellung von H2 mittels Ammoniak als H2-Carrier – in anderen Worten, wie viel Energie ist erforderlich um 33,33 kWh in Form von H2 zu produzieren, im nächsten Schritt in Ammoniak zu „verwandeln“, dieses auf dem Seeweg nach Europa zu bringen und dann zu cracken. Der Energieaufwand je Prozessschritt stellt sich wie folgt dar:
 

D.h., dass ca. 124,5 kWh, entweder als Elektrizität/Wärme/Treibstoff, erforderlich sind um 33,33 kWh H2 (Heizwert) zu erzeugen, in Form von Ammoniak auf dem Seeweg von der Ammoniak-Produktionsstätte bis zum Anlandehafen zu transportieren und die Rückreise des Transportschiffes zu ermöglichen. Bei dieser Kalkulation wird unterstellt, dass die Elektrolyseanlage auf dem Gelände der Ammoniakproduktionsstätte betrieben wird. Ebenfalls wird unterstellt, dass die Ammoniakherstellungsanlage direkt am Hafen liegt – folglich kein Zwischentransport zwischen der Ammoniak-Produktionsstätte und der Verladeeinrichtung am Hafen erforderlich ist. 

Da der Energieaufwand für die Ammoniak-Produktion ca. 2 % der Welt-Energieproduktion beträgt, wäre es sinnvoll den bisher vorwiegend aus Erdgas, mittels Dampfreformation, hergestellten H2 durch grünen H2 zu ersetzen - folglich den hohen diesbezüglichen CO2-Ausstoss zu minimieren.