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Ammoniak: Giftiges Gas macht Schiffe sauberer

Rund eine Milliarde Tonnen Kohlendioxid blasen alle Schiffe auf der Welt jedes Jahr in die Atmosphäre. Die Schifffahrt ist damit für rund 3 Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich. Die weit verbreitete Verwendung von Schweröl als Treibstoff ist nicht nur klimaschädlich, sondern auch unmittelbar schädlich für die menschliche Gesundheit. Im Kampf gegen den Klimawandel will die internationale Seeschifffahrtsorganisation (IMO) die Emissionen bis 2050 auf 50 Prozent der Werte von 2008 bringen. Dazu braucht es alternative Antriebe und Treibstoffe. Große Hoffnungen ruhen auf Ammoniak.

Wasserstoffträger

Für Menschen ist das farblose, stechend riechende Gas giftig. Weltweit wird es in großem Umfang hergestellt, vor allem zur Herstellung von Dünger. Aus Ammoniak (chemische Formel: NH3) kann aber auch relativ einfach Wasserstoff gewonnen werden. Der kann in Brennstoffzellen mit Sauerstoff in Verbindung gebracht werden und Strom erzeugen, der dann wiederum Elektromotoren und Schiffsschrauben antreiben könnte.

Im Forschungsprojekt ShipFC haben sich nun 13 europäische Unternehmen zusammengeschlossen, um einen solchen Schiffsantrieb mit Ammoniak und Brennstoffzelle zu entwickeln und in der Praxis zu testen. Die 94 Meter lange Viking Energy soll als erstes Schiff mit diesem Antrieb ausgestattet werden und 2023 damit in See stechen.

Mehr Frachtraum

Gegenüber Wasserstoff hat Ammoniak einige Vorteile, erklärt Gunther Kolb vom Fraunhofer Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme in Mainz: "Wasserstoff muss als Flüssigkeit bei -253 Grad Celsius oder komprimiert als Gas bei einem Druck um 700 bar gespeichert werden. Ammoniak begnügt sich als Flüssigkeit mit moderaten -33 Grad Celsius bei Normaldruck und +20 Grad Celsius bei 9 bar. Das macht die Lagerung und den Transport dieses Energieträgers deutlich leichter und unkomplizierter."

In Form von Ammoniak kann man also mehr Wasserstoff einfacher und auf kleinerem Raum speichern. In der Schifffahrt ist das wichtig denn: "In einem Sturm ist der Energiebedarf 10 Mal so hoch wie sonst." Außerdem bleibt mehr Frachtraum übrig. Gefährlich sei Ammoniak als Treibstoff kaum, meint Kolb: "Klar, es ist giftig, aber es wird seit Jahren auf Schiffen transportiert. Mit heutigen Sicherheitsvorkehrungen ist das Risiko gering."

Ammoniak (NH3) wird zu Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2). Der Wasserstoff reagiert in der Brennstoffzelle mit Sauerstoff, daraus entsteht Strom und Wasser (H2O). Reste an Ammoniak und Wasserstoff werden in Stickstoff und Wasser umgewandelt

Verwertungsprinzip

Die Verwertung von Ammoniak läuft im Schiff im Prinzip so ab: Zuerst wird das Gas in einen Spaltreaktor geleitet, wo es in Stickstoff und Wasserstoff aufgespalten wird. Beides fließt in eine Brennstoffzelle, wo der Wasserstoff mit Sauerstoff reagiert und Strom erzeugt wird. Eine geringe Menge Ammoniak und Wasserstoff, die bei diesen Prozessen nicht umgewandelt werden, wird in einen Katalysator geleitet. Als Abfallprodukte bleiben nur Stickstoff und Wasser übrig. Kohlendioxid oder Stickoxide entstehen dabei nicht.

Grün oder nicht grün

Bleibt noch die Frage nach der Klimafreundlichkeit der Ammoniak-Herstellung. Das Gas wird mit dem Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelten Haber-Bosch-Verfahren gewonnen. Dabei werden Stickstoff und Wasserstoff bei hohem Druck und hoher Temperatur miteinander verbunden. "Einer der größten Düngemittelproduzenten hat den Wasserstoff bis in die 90er-Jahre aus Elektrolyse hergestellt", erklärt Kolb. Dafür kann man Strom aus erneuerbaren Quellen, etwa Solar- oder Windkraft, heranziehen. "Dann hat man dieses 'grüne' Verfahren aber eingestellt, weil die Umwandlung von Erdgas billiger war."

Für die Dekarbonisierung der Schifffahrt ist es klarerweise Ziel, "grünes" Ammoniak einzusetzen. Laut Kolb wären die Kosten für den Treibstoff überschaubar: "Da gibt es eine sehr gute Kostenprojektion. Das wäre konkurrenzfähig zu einem normalen Diesel." Ammoniak ist unterdessen nicht der einzige alternative Treibstoff. Kolb: "Methanol kann man etwa auch verwenden. Wir werden sehen, was sich durchsetzt."

Alternative Antriebe

Es gibt verschiedenste Möglichkeiten, um Schiffe ohne die Verwendung fossiler Energieträger zu bewegen oder konventionelle Antriebe zumindest zu entlasten. Eine ist etwa das Ausnutzen der Windkraft. Ein Konzept dafür sind etwa riesige, automatisch gesteuerte Flugdrachen, durch die selbst große Frachter zu Kite-Surfern werden. Die Windkraft wird auch durch hohe, zylinderförmige Rotorsegel ausgenutzt. Sie rotieren im Wind und nutzen Sog- und Staudruckkräfte (Magnus-Effekt) aus, um Vortrieb zu erzeugen.

Einige experimentelle Schiffe wurden auch mit riesigen flachen Decks ausgestattet, die mit Photovoltaikmodulen übersät sind und Strom für Elektromotoren erzeugen. Wasserstoff kann ebenfalls Elektromotoren antreiben. Ungefährlicher und platzsparender als in Drucktanks kann das Gas allerdings in Form von Methanol oder Ammoniak transportiert werden.

Batterien haben ein hohes Gewicht und eine vergleichsweise geringe Speicherdichte. Es gibt Fähren, die rein batterieelektrisch fahren. Auf hoher See füttern Batterien maximal Hybridantriebe.

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David Kotrba

Ich beschäftige mit großteils mit den Themen Mobilität, Klimawandel, Energie, Raumfahrt und Astronomie. Hie und da geht es aber auch in eine ganz andere Richtung.

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