Mit einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle auf Basis von Ammoniak wird demnächst die ‘Viking Energy’ der Reederei Eidesvik unterwegs sein – als erstes Schiff weltweit. Zurzeit ist der Seeverkehr jährlich für viele hundert Millionen Tonnen klimaschädliches Kohlendioxid verantwortlich. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM arbeiten daher in einem internationalen Konsortium im Projekt ShipFC daran, Schweröl als Treibstoff abzulösen. Ihre Lösung ist eine Brennstoffzelle mit einer Kapazität von zwei Megawatt, die jedoch nicht auf Wasserstoff basiert, sondern auf nachhaltig produziertem Ammoniak. Dieser Treibstoff für elektrische Schiffsmotoren sei ebenso „grün“, aber weniger gefährlich und einfacher in der Handhabung.
Ammoniak ist hauptsächlich aus der Landwirtschaft bekannt, wo es als Düngemittel genutzt wird. Doch es taugt auch als hochwertiger Energieträger. Zudem hat den Forschenden zufolge Ammoniak gegenüber Wasserstoff deutliche Vorteile. Beispiel: Wasserstoff muss als Flüssigkeit bei -253 Grad Celsius oder komprimiert als Gas bei Drücken um 700 bar gespeichert werden – und Ammoniak begnügt sich als Flüssigkeit mit -33 Grad Celsius bei Normaldruck und +20 Grad Celsius bei 9 bar. Das macht die Lagerung und den Transport dieses Energieträgers leichter und unkomplizierter.
Die Stromerzeugung mit Ammoniak wiederum funktioniert ähnlich wie bei Anlagen auf Wasserstoff-Basis. Im ersten Schritt wird Ammoniak in einen Spaltreaktor geleitet. Der spaltet es zu Stickstoff und Wasserstoff. Das Gas enthält 75 Prozent Wasserstoff; eine kleine Menge Ammoniak wird nicht umgesetzt und verbleibt im Gasstrom. Im zweiten Schritt werden Stickstoff und Wasserstoff in die Brennstoffzelle geleitet. Unter Luftzufuhr verbrennt der Wasserstoff zu Wasser; es entsteht elektrische Energie.
Der Wasserstoff wird allerdings in der Brennstoffzelle nicht vollständig umgesetzt. Ein Anteil von etwa zwölf Prozent sowie ein Rest Ammoniak verlassen die Brennstoffzelle unverbrannt. Diese werden nun in den vom Fraunhofer IMM entwickelten Reaktor geleitet – dank des ebenfalls eigens entwickelten Katalysators bleiben am Ende nur Wasser und Stickstoff übrig. Die klimaschädlichen Stickoxide entstehen den Forschenden zufolge bei optimaler Reaktionsführung erst gar nicht.
Einen ersten kleinen Prototyp will das Team am Fraunhofer-Institut gegen Ende 2021 fertigstellen. Ende 2022 soll ein Prototyp in der endgültigen Größe fertig sein. In der zweiten Jahreshälfte 2023 soll mit dem Versorgungsschiff ‘Viking Energy’ dann das erste Schiff mit der Ammoniak-basierten Brennstoffzelle in See stechen, danach sollen weitere Schiffstypen wie etwa Frachtschiffe damit ausgestattet werden.