SagittariusB
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"Power to Ammonia" der Energiespeicher der Zukunft?
23.06.2022 um 03:04Hallo,
mir geht dieses Thema nicht aus dem Kopf und deswegen möchte ich hier mal einen Anfang machen. Die Rede ist von "Power to Ammonia" eines von vielen bekannten verfahren um Strom aus Erneuerbaren Energien zu Speichern und bei Bedarf wieder Freizusetzten. Die suche nach einem geeigneten Energiespeicher hat mich letztendlich auf dieses verfahren gebracht. Zuerst möchte ich auf die Speicherung von Wasserstoff zu sprechen kommen da das Verfahren auf der Gewinnung und auch Speicherung von Wasserstoff aufbaut.
Die Speicherung von Wasserstoff stellt die Technik heute vor größere Herausforderungen. Zwar lässt es sich leicht durch z.B. Elektrolyse von Wasser herstellen und ist somit quasi überall und leicht verfügbar. Problematisch sieht es dann aber bei der Speicherung des Gases aus.
-Wasserstoff lässt sich entweder nur unter enormen Druck sinnvoll lagern (mehrere 100 Bar) oder als Flüssiggas. In beiden Fällen ist die Verdichtung bzw. Kühlung des Gases mit hohem Energieverbrauch belastet. Flüssiger Wasserstoff muss zudem Offen gelagert werden um ein Überdruck zu vermeiden. Das hat zu folge das ständig geringe Mengen Wasserstoff verloren gehen.
-Wasserstoff ist das leichteste Element und kann durch seine geringe Molekülgröße langsam durch Wände diffundieren. Zudem macht Wasserstoff viele Metalle durch Einlagerung Spröde, so das nicht jedes Material als Druckhülle geeignet ist.
-Wasserstoff bildet mit Luft ein hochexplosives Knallgasgemisch. Es ist empfindlicher was Entzündbarkeit angeht als andere brennbare Gase wie z.B. Methan. Zudem lässt es sich schon bei 4 Vol% Wasserstoffanteil an der Luft entzünden ab 18 Vol% reagiert es explosiv.
-Größtes Problem dürfte die niedrige Energiedichte darstellen. Flüssiger Wasserstoff hat Volumenbezogen etwa 1/3 der Energiedichte von Erdgas und etwa 1/4 der Energiedichte von Benzin. Aufs Gewicht bezogen schneidet Flüssigwasserstoff deutlich besser ab, weil er durch die geringe Molekülmasse sehr leicht ist. Da die Speicherung in der Regel aber Stationär ist, spielt der Gewichtsvorteil hier kaum eine Rolle.
So ab jetzt kommt das "Power to Ammonia" verfahren ins Spiel. Dabei wird der der Wasserstoff Chemisch gespeichert, indem er an ein Stickstoff Atom angelagert wird. Aus Wasserstoff wird somit Ammoniak (NH3). Der Stickstoff kann direkt aus der Luft gewonnen werden und z.B. mit Hilfe des Membran Verfahrens vom Sauerstoff aus der Luft abgetrennt werden.
Die Herstellung von Ammoniak hat eine lange Geschichte. Als damals im 19 Jahrhundert die Bevölkerung rasch stieg und man erkannte, dass die Düngung mittels herkömmlichen Methoden nicht mehr ausreiche, suchte man fieberhaft nach einer Methode den Stickstoff aus der Luft irgendwie für den Boden verfügbar zu machen, was dann auch gelang. Der Wasserstoff wird dabei unter hohem Druck und Temperatur zusammen mit dem Luftstickstoff an einem Eisenkatalysator zu Ammoniak "verbrannt". Mit Hilfe des so genanntem Haber Bosch verfahren ist es heute möglich Wasserstoff und Stickstoff im großen Stil zu Ammoniak reagieren zu lassen. Das verfahren wurde über die Jahre stetig erforscht und verbessert, so das man bereits große Kenntnisse in diesem Gebiet sammeln konnte.
Ammoniak hat gegenüber Wasserstoff einige Vorteile.
-Ammoniak siedet bei -33 Grad und ist somit Gasförmig. Es lässt sich aber problemlos bei Raumtemperatur unter Druck verflüssigen. In dieser Hinsicht ähnelt es da dem Propan. Man könnte es problemlos in Gasflaschen lagern (Bei 20 Grad etwa 9 Bar). Der Transport über Pipelines wäre denkbar.
-Es ist im reinem Zustand nicht Explosionsfähig im Kontakt mit Luft, so das bei einem Gasleck kaum Feuergefahr droht.
-Ein Leck ist durch den Ätzenden Geruch schnell wahrnehmbar. Die Geruchsschwelle liegt sehr niedrig.
-Die Volumenbezogene Energiedichte liegt über der von Flüssigwasserstoff, allerdings etwas weniger als die Hälfte der von Benzin.
-Der Umgang mit Ammoniak wurde bereits lange erprobt. So dient es z.B. als Kühlflüssigkeit im Eisstadion.
-Ammoniak ist zwar Giftig aber durch die Extreme Reizwirkung, dem unangenehmen Geruch
und die geringe geruchsschwelle sind Vergiftungen sehr selten.
Natürlich ist das ganze leider noch mit einigen Problemen behaftet, sonst gäbe es sicherlich überall schon solche Anlagen :)
Damit die Reaktion zur Ammoniaksynthese ablaufen kann, werden hohe Temperaturen und hoher Druck benötigt. Das erschwert es die Reaktion zu unterbrechen. Allerdings ist genau das nötig möchte man die Anlage mit erneuerbaren Energien betreiben. Der Strom steht ja nicht immer zur Verfügung. Aus diesem Grund wird bereits an Wegen geforscht die Reaktionsbedingungen soweit herunterzusetzten das auch häufige Unterbrechungen möglich sind.
Natürlich sollte auch der Energiebedarf weiter gesenkt werden. Mit Hilfe von neuartigen Ruthenium Katalysatoren konnte man hier schon einiges erreichen.
Bisher sind die Haber Bosch Reaktoren riesige Anlagen, daher ist eine vor Ort Speicherung der Energie direkt an der Quelle kaum möglich.
Die Anlagen könnte man aber dort aufstellen, wo ohnehin eine hohe Dichte an Erneuerbaren Energiequellen herrscht. Eine Anlage könnte so ein größeres Gebiet abdecken. Überschüssiger Strom würde direkt dorthin geleitet werden und so als Ammoniak in Großen Tanks gelagert werden. Wird der Strom gebraucht weil gerade Flaute herrscht, kann der Ammoniak wieder in Strom umgewandelt werden. Schwankungen im Stromnetz die bei Erneuerbaren automatisch auftreten, können so durch gezielte Energieabgaben ausgeglichen werden. Herrscht komplett Flaute über längere Zeit könnte die Anlage als Überbrückung die Energieversorgung übernehmen soweit der Vorrat eben reicht.
Bei der Umwandlung von Ammoniak in Energie wird ausschließlich Wasser und Stickstoff erzeugt. Die Stoffe gelangen in die Atmosphäre und werden dem Kreislauf wieder hinzugefügt. Das ganze ist also mit keinerlei CO2 Emission belastet und es entstehen auch keine Giftigen Abfallprodukte.
Über eine schöne Diskussion zu diesem Thema würde ich mich sehr freuen :)
mir geht dieses Thema nicht aus dem Kopf und deswegen möchte ich hier mal einen Anfang machen. Die Rede ist von "Power to Ammonia" eines von vielen bekannten verfahren um Strom aus Erneuerbaren Energien zu Speichern und bei Bedarf wieder Freizusetzten. Die suche nach einem geeigneten Energiespeicher hat mich letztendlich auf dieses verfahren gebracht. Zuerst möchte ich auf die Speicherung von Wasserstoff zu sprechen kommen da das Verfahren auf der Gewinnung und auch Speicherung von Wasserstoff aufbaut.
Die Speicherung von Wasserstoff stellt die Technik heute vor größere Herausforderungen. Zwar lässt es sich leicht durch z.B. Elektrolyse von Wasser herstellen und ist somit quasi überall und leicht verfügbar. Problematisch sieht es dann aber bei der Speicherung des Gases aus.
-Wasserstoff lässt sich entweder nur unter enormen Druck sinnvoll lagern (mehrere 100 Bar) oder als Flüssiggas. In beiden Fällen ist die Verdichtung bzw. Kühlung des Gases mit hohem Energieverbrauch belastet. Flüssiger Wasserstoff muss zudem Offen gelagert werden um ein Überdruck zu vermeiden. Das hat zu folge das ständig geringe Mengen Wasserstoff verloren gehen.
-Wasserstoff ist das leichteste Element und kann durch seine geringe Molekülgröße langsam durch Wände diffundieren. Zudem macht Wasserstoff viele Metalle durch Einlagerung Spröde, so das nicht jedes Material als Druckhülle geeignet ist.
-Wasserstoff bildet mit Luft ein hochexplosives Knallgasgemisch. Es ist empfindlicher was Entzündbarkeit angeht als andere brennbare Gase wie z.B. Methan. Zudem lässt es sich schon bei 4 Vol% Wasserstoffanteil an der Luft entzünden ab 18 Vol% reagiert es explosiv.
-Größtes Problem dürfte die niedrige Energiedichte darstellen. Flüssiger Wasserstoff hat Volumenbezogen etwa 1/3 der Energiedichte von Erdgas und etwa 1/4 der Energiedichte von Benzin. Aufs Gewicht bezogen schneidet Flüssigwasserstoff deutlich besser ab, weil er durch die geringe Molekülmasse sehr leicht ist. Da die Speicherung in der Regel aber Stationär ist, spielt der Gewichtsvorteil hier kaum eine Rolle.
So ab jetzt kommt das "Power to Ammonia" verfahren ins Spiel. Dabei wird der der Wasserstoff Chemisch gespeichert, indem er an ein Stickstoff Atom angelagert wird. Aus Wasserstoff wird somit Ammoniak (NH3). Der Stickstoff kann direkt aus der Luft gewonnen werden und z.B. mit Hilfe des Membran Verfahrens vom Sauerstoff aus der Luft abgetrennt werden.
Die Herstellung von Ammoniak hat eine lange Geschichte. Als damals im 19 Jahrhundert die Bevölkerung rasch stieg und man erkannte, dass die Düngung mittels herkömmlichen Methoden nicht mehr ausreiche, suchte man fieberhaft nach einer Methode den Stickstoff aus der Luft irgendwie für den Boden verfügbar zu machen, was dann auch gelang. Der Wasserstoff wird dabei unter hohem Druck und Temperatur zusammen mit dem Luftstickstoff an einem Eisenkatalysator zu Ammoniak "verbrannt". Mit Hilfe des so genanntem Haber Bosch verfahren ist es heute möglich Wasserstoff und Stickstoff im großen Stil zu Ammoniak reagieren zu lassen. Das verfahren wurde über die Jahre stetig erforscht und verbessert, so das man bereits große Kenntnisse in diesem Gebiet sammeln konnte.
Ammoniak hat gegenüber Wasserstoff einige Vorteile.
-Ammoniak siedet bei -33 Grad und ist somit Gasförmig. Es lässt sich aber problemlos bei Raumtemperatur unter Druck verflüssigen. In dieser Hinsicht ähnelt es da dem Propan. Man könnte es problemlos in Gasflaschen lagern (Bei 20 Grad etwa 9 Bar). Der Transport über Pipelines wäre denkbar.
-Es ist im reinem Zustand nicht Explosionsfähig im Kontakt mit Luft, so das bei einem Gasleck kaum Feuergefahr droht.
-Ein Leck ist durch den Ätzenden Geruch schnell wahrnehmbar. Die Geruchsschwelle liegt sehr niedrig.
-Die Volumenbezogene Energiedichte liegt über der von Flüssigwasserstoff, allerdings etwas weniger als die Hälfte der von Benzin.
-Der Umgang mit Ammoniak wurde bereits lange erprobt. So dient es z.B. als Kühlflüssigkeit im Eisstadion.
-Ammoniak ist zwar Giftig aber durch die Extreme Reizwirkung, dem unangenehmen Geruch
und die geringe geruchsschwelle sind Vergiftungen sehr selten.
Natürlich ist das ganze leider noch mit einigen Problemen behaftet, sonst gäbe es sicherlich überall schon solche Anlagen :)
Damit die Reaktion zur Ammoniaksynthese ablaufen kann, werden hohe Temperaturen und hoher Druck benötigt. Das erschwert es die Reaktion zu unterbrechen. Allerdings ist genau das nötig möchte man die Anlage mit erneuerbaren Energien betreiben. Der Strom steht ja nicht immer zur Verfügung. Aus diesem Grund wird bereits an Wegen geforscht die Reaktionsbedingungen soweit herunterzusetzten das auch häufige Unterbrechungen möglich sind.
Natürlich sollte auch der Energiebedarf weiter gesenkt werden. Mit Hilfe von neuartigen Ruthenium Katalysatoren konnte man hier schon einiges erreichen.
Bisher sind die Haber Bosch Reaktoren riesige Anlagen, daher ist eine vor Ort Speicherung der Energie direkt an der Quelle kaum möglich.
Die Anlagen könnte man aber dort aufstellen, wo ohnehin eine hohe Dichte an Erneuerbaren Energiequellen herrscht. Eine Anlage könnte so ein größeres Gebiet abdecken. Überschüssiger Strom würde direkt dorthin geleitet werden und so als Ammoniak in Großen Tanks gelagert werden. Wird der Strom gebraucht weil gerade Flaute herrscht, kann der Ammoniak wieder in Strom umgewandelt werden. Schwankungen im Stromnetz die bei Erneuerbaren automatisch auftreten, können so durch gezielte Energieabgaben ausgeglichen werden. Herrscht komplett Flaute über längere Zeit könnte die Anlage als Überbrückung die Energieversorgung übernehmen soweit der Vorrat eben reicht.
Bei der Umwandlung von Ammoniak in Energie wird ausschließlich Wasser und Stickstoff erzeugt. Die Stoffe gelangen in die Atmosphäre und werden dem Kreislauf wieder hinzugefügt. Das ganze ist also mit keinerlei CO2 Emission belastet und es entstehen auch keine Giftigen Abfallprodukte.
Über eine schöne Diskussion zu diesem Thema würde ich mich sehr freuen :)
