Von Wilfried Schuler 

In der Oase Siwa geschah vor vielen tausend Jahren das, was seit Urzeiten überall auf den Dungstätten der Tiere passiert. Das allgegenwärtige Enzym Urease wandelte den Harnstoff in Ammoniak um. Dieser verflüchtigte sich zum Teil in die Luft. Andere Anteile blieben, in Wasser gelöst, im Boden. Erde und Sand der westlichen Wüste haben einen hohen Anteil an Carbonat. Man denke an das nicht weit entfernte Natrontal. So kam es zu Ausblühungen von Salzen, die hohe Anteile von Ammoniumcarbonat enthielten. Da die Oase dem Gott Ammon geweiht war, wurden diese Salze als Sal Ammoniak bezeichnet.

Wie mit anderen gasförmigen Stoffen konnten die Alchimisten wenig mit Ammoniak anfangen. Er war schwer zu handhaben und es existierte keine Möglichkeit an ihn heranzukommen, nur Zufallsfunde. Das Interesse an Ammoniak wuchs erst, als Liebig die Theorie der Düngung entwickelte und man nach Synthesen suchte. Lange Zeit bot das Ammoniakwasser der Kokereien die einzige Gewinnungsmöglichkeit. Erst das Jahrhundertverfahren von Haber und Bosch katapultierte den Ammoniak in die Spitzengruppe der Industriechemikalien. Und erst in neuerer Zeit ist eine riesige grüne Propagandablase in den Medien entstanden.

Was steckt im „Grünen“ Ammoniak (Den es bei Licht betrachtet noch gar nicht gibt.)

Zunächst einmal 2% des jährlichen Welt Bedarfs an Primärenergie. Nämlich 3,2 x 10^15 Petawatt Stunden. Soviel Energie wird benötigt um die Weltjahresproduktion von 190 Millionen Tonnen herzustellen. Der größte Anteil dieser Energie wird für die 34 Millionen Tonnen Wasserstoff verbraucht, die darin gebunden sind. Als Quelle des Wasserstoffs dient vorwiegend Methan, aber auch Kohle und Braunkohle sind noch in Gebrauch. Das Haber-Bosch Verfahren ist somit ein großer Kohlendioxid Emittent. Die Angaben in der Literatur schwanken zwischen 1,6 und 1,9 kg Kohlendioxid/kg Ammoniak. Dass auch gewaltige Wassermengen als Reaktionspartner und als Prozesswasser benötigt werden, sei noch erwähnt. Eine Haber-Bosch Fabrik sollte also nicht unbedingt in der Wüste stehen.

Was erwartet man vom Grünen Ammoniak?

Da die Schwierigkeiten und Nachteile des Wasserstoff-Transports nicht mehr schöngeredet werden können, sucht man nach einem Medium, das den Wasserstoff und seine gespeicherte Energie quasi huckepack nach Europa bringen kann. Damit will man die Macken des Wasserstoffs vermeiden. Mit Dibenzyltoluol ist ein solches Vehikel bereits gefunden. Allerdings beharrt dieses Hilfsmittel darauf, „leer“ zurücktransportiert zu werden, was die Begeisterung des Anwenders erheblich dämpft. Die mit etwa 6 % eher bescheidene Beladung kommt dazu.

Das Transportproblem ist zentral. Man unternimmt alles Denkbare, um dem Wasserstoff beizukommen. Man treibt ihn wie einst Dr. Faust das Quecksilber von einem Brautgemach ins andere. Man vermählt ihn mit Dibenzyltoluol, mit Methylcylohexan, mit Metallen, Metallydriden usw. usw. Man komprimiert ihn zu Tode und friert ihm die Seele aus dem Leib. Aber man löst das Problem nicht, sondern zerfasert es derart, dass es den intellektuellen Horizont der meisten Beobachter sprengt.

Alle mit Wasserstoff verbundenen Lösungsansätze der Energiespeicherung haben etwas Behelfsmäßiges. Sie sind umständlich, verlustreich und verteuern das Endprodukt über alle Maßen. Salopp gesagt, es sind Krücken.

Die Ammoniak Krücke

Die Idee des Grünen Ammoniaks beruht darauf in Australien, Chile, oder einem beliebigen Land Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren herzustellen. Der Wasserstoff seinerseits wird durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen, dass nur zu 11,1 % aus Wasserstoff besteht. Das erhaltene Ammoniak wird nach Europa transportiert. Der Wasserstoff wird abgespalten und genutzt. Der Stickstoff geht in die Atmosphäre. 82 % des Moleküls sind nutzlos. Alle Energie des Ammoniakmoleküls kommt allein aus dem Wasserstoff. Nicht nur das, das Aufspalten des Ammoniaks verzehrt zusätzliche Energie. Energetisch gesehen, wäre man mit reinem Wasserstoff besser dran.

Man sollte an dieser Stelle innehalten und bedenken, dass man gewaltige Mengen Wasser bewegt und aufbereitet und elektrolysiert, nur um 89% eigentlich unerwünschten Sauerstoffs zu erhalten. Anschließend erzwingt man mit großem Aufwand die Ammoniak Synthese und entlässt später 82% der Ausbeute in die Atmosphäre. Kein Chemieunternehmen bekäme Herstellverfahren mit derart miserablen Ausbeuten konzessioniert.

Die Ammoniak Idee zeigt eine gedankliche Nähe zum bereits behandelten Dibenzyltoluol. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass der Stickstoff verschwindet. Das Dibenzyltoluol nicht. Es muss zurückgebracht werden. Verweilen wir noch einen Augenblick bei DBT. Würde man diesen Weg wählen, dann wären viele Millionen Tonnen dieses Trägerstoffes nötig. Um nicht vollständig aus der Fassung zu geraten, untersuchen wir grob überschlägig den Rohstoffbedarf für nur 1 Mio Tonnen DBT. Es wären eine Million Tonnen Benzol, 400 000 Tonnen Methanol und 550 000 Tonnen Chlor. Bei dieser zweistufigen Synthese würden 280 000 Tonnen Chlorwasserstoff als Nebenprodukt anfallen. Zu dessen Entsorgung und zur Herstellung des Chlors würden 3 Terawatt h an Strom benötigt. 30 % der Jahresmenge eines großen KKW. Da die Chemische Industrie in Deutschland das nicht bewältigen kann, müsste das Produkt in China hergestellt werden. Die 3 Terawatt h wären dann Kohlestrom. Es sei denn, jemand würde die Chinesen freundlich bitten, mal eben 2000 Windräder aufzustellen. Was wiederum sinnlos wäre. Die Elektrolyse Anlage muss 24 h täglich laufen.

Die Gretchenfrage. Der Transport von Ammoniak und Wasserstoff im Vergleich

Wir hatten bereits ermittelt, dass unser Standardtanker mit 200 000 Kubikmetern 4000 Tonnen 700 bar Wasserstoff befördern kann. Der DBT-Tanker käme auf 10 000 Tonnen und der Flüssigwasserstoff Tanker auf 12 000 Tonnen. Der Dieseltanker mit seinen 165 000 Tonnen hätte dann immer noch 4,3 mal mehr Energie an Bord als der Flüssigwasserstofftanker. Ganze Rudel der Wasserstoff Tanker würden nicht das Strom Netz, aber die maritimen Nadelöhre verstopfen. Es wäre auch keine gute Idee, eine solche „Wasserstoffbombe“ durch den Suezkanal zu schicken.

Die Fangemeinde des Ammoniaks berauscht sich an seiner leichten Handhabarkeit, was im Vergleich zu Dieselöl eine dreiste Lüge ist. Ein weiteres Argument ist seine angeblich hohe Energiedichte. Gehen wir also der Sache nach. Flüssigammoniak hat eine Dichte von 0,68 g/ml. 200 000 Kubikmeter haben dann eine Masse von 136 000 Tonnen. Bei einem Wasserstoffgehalt von 17,6% wären darin 24 000 Tonnen reiner Wasserstoff enthalten. Der Ammoniak hätte den Flüssigwasserstoff geschlagen. Aber, noch sind wir nicht am Ende, und dieses Ende wird sie an die Grenzen Ihrer Belastbarkeit bringen, lieber Leser. Bevor wir mit den Grausamkeiten beginnen, verlassen wir den Wasserstoff. Er kann unmittelbar an seine Verbraucher verteilt werden. Nicht zu vergessen, unser Diesel Tanker hätte immer noch mehr als die doppelte Menge an Energie an Bord.

Was tun mit dem Grünen Ammoniak. So man ihn hätte?

Man überführt ihn in Nitrat, Sulfat oder Harnstoff und streut ihn auf die Äcker. Das ist trivial und bedarf keiner weiteren Überlegung. Tatsächlich ist die Düngemittelindustrie der größte Ammoniakverbraucher. Allein die hierfür nötigen 34 Millionen Tonnen grünen Wasserstoff bereitzustellen ist eine binnen 20 Jahren nicht zu lösende Aufgabe. Würde man alle Anstrengungen nur auf diesen Punkt konzentrieren, könnte man die Entstehung von mindestens 300 Millionen Tonnen Kohlendioxid verhindern. Aber Ammoniak zur Energiegewinnung benutzen zu wollen, ist nichts als ein Wahn. Man weckt Wunschvorstellungen, die unerreichbar sind. Dabei übersieht man das nächstliegend Sinnvolle. Nämlich die Anwendung als Dünger. Außerdem würde man den Kampf, „Tank gegen Teller“ heraufbeschwören. Leere Teller bei den Armen mangels Dünger, aber einen vollen Tank in Europa.

Dieser Überlegungen ungeachtet arbeitet man an Projekten, die den Ammoniak direkt verbrennen, z.B. in Schiffsmotoren.

Man unternimmt gewaltige Anstrengen Brennstoffzellen zu entwickeln, die Ammoniak in elektrische Energie umwandeln.

Beide Vorgänge laufen in der Praxis bei weitem nicht so elegant ab, wie in den bunten Werbespots dargestellt.

Ammoniakmotoren und Turbinen

Es gab tatsächlich um 1870 Straßenbahnen in New Orleans und um 1943 Busse in Brüssel, die mit Ammoniak betrieben wurden. Sieht man aber näher hin, so will Ammoniak gar nicht brennen, man muss ihn, wie es so schön heißt „zum Jagen tragen“. Die Verbrennungsgeschwindigkeit ist niedrig und die Flamme eines Brenners erlischt, wenn man nicht gut aufpasst. Man muss deshalb Methan zumischen oder Dieselöl einspritzen und komprimieren. Man benötigt zwei Komponenten und es taucht CO2 im Geschehen auf. Auch die oben erwähnten Maschinen waren äußerst trickreiche Gebilde und konnten nicht mit reinem Ammoniak betrieben werden. Besonders der Anlassvorgang war mit Problemen verbunden.

Der Heizwert von Ammoniak ist nur halb so hoch wie der von Diesel oder Methan, man benötigt also die doppelte Menge. Zwar verbrennt Ammoniak zu Wasser und Stickstoff. Wie bei jeder heißen Flamme entstehen aber auch hier Stickoxide. Zudem hat der Ammoniak Motor einen „Ammoniak Schlupf“, er emittiert unverbranntes Ammoniak. Ade Heile Welt. Die Abgase müssen nachbehandelt werden und von CO2 frei kann keine Rede sein. Derzeit wird mit großen Schiffsmotoren experimentiert. Ohne jeden Zweifel wird man mit Hochdruck arbeiten und in 1-3 Jahren ein Vorzeigeschiff vom Stapel lassen, das auf einer Propagandawoge durch die Medien segeln wird. In den nächsten zwanzig Jahren wird der praktische Wert dieser Ammoniak-Motoren aber gering sein. Falls es nicht gelingt, die erforderlichen gewaltigen Mengen Ammoniak bereit zu stellen, wird dieser Weg in eine Sackgasse führen. Ammoniak als Motorentreibstoff wird sich als akademische Verirrung erweisen. Eine sehr teure Spielwiese für einige Forscher. Diese Wiese wird reichlich mit staatlichen Zuschüssen gedüngt. Für Berechnungen des Lesers hier die Heizwerte. Wasserstoff 33,3 KWh/kg, Methan 13,8 KWh/kg, Dieselöl 10,5 KWh/kg, Ammoniak 5,2 KWh/kg.

Man kann Ammoniak im Gemisch mit Erdgas oder Wasserstoff in Turbinen verbrennen. Das zeigt erneut wie ungeeignet Ammoniak ist, er will ja gar nicht verbrennen. Die Verfügbarkeit geeigneter Turbinen liegt in der Ferne.

Einige vollkommen abgehobene Japaner wollen Ammoniak in die Öfen von Kohlekraftwerken blasen und ihn dort verbrennen. Das klingt fast wie Müllverbrennung. Einfach absurd und lächerlich.

Brennstoffzellen für Wasserstoff oder Ammoniak

Wir nehmen hier die Standard Wasserstoffbrennstoffzelle als geeignetes Instrument an, um die chemische Energie des Wasserstoffs in elektrische Energie umzuwandeln. In einer „kalten Verbrennung“ werden aus den 33,3 Kwh, die ein kg Wasserstoff enthält, 22,2 KWh Strom und 11,1 KWh Wärmeenergie. Diese Wärme muss abgeführt werden, weil sonst die Zelle zerstört wird. Dies geschieht mit einem Wärmetauscher. Wenn man die Wärmeenergie nicht für Heizzwecke, z.b. Fahrzeugheizung, nutzen kann, ist das ein Verlust von 33%. Die Betriebsenergie der Kühlvorrichtung muss beim Gesamtwirkungsgrad auch noch berücksichtigt werden.

Das ist Stand der Technik für die Wasserstoffbrennzelle und wird allgemein so akzeptiert. Der Wirkungsgrad ist gerundet bestenfalls 65%.

In der Werbung für den Grünen Ammoniak taucht zwar die Ammoniak-Brennzelle auf, derzeit gibt es aber keine verwendbare Zelle, die diesen Namen verdient. Für die praktische Anwendung ist sie also vorerst nicht existent.

Alle Ansätze beruhen darauf, dass man das Ammoniak durch einen Konverter leiten muss, der es bei 500-800°C mit Hilfe eines Platin/Ruthenium Katalysators in Wasserstoff und Stickstoff spaltet. Da diese Spaltung nicht vollständig abläuft, muss das Gasgemisch gereinigt werden, damit die Zelle ohne Störung arbeiten kann. Außer der Energie geht auch Substanz verloren.

Endlich dann kommt der Wasserstoff aus Australien in die Brennstoffzelle, die den gewünschten Strom liefert. Der strahlende Held, der weiße Ritter der Energiewende, wird als Wasserdampf in die Atmosphäre entlassen.

Ach ja, und die Zelle liefert elektrische Energie. 65% von 5,2 Kwh pro kg Ammoniak. Das sind 3,3 KWh/kg. Wir erinnern uns, dass Ammoniak verloren geht und Energie für den Crackprozess verbraucht wird. Die Ausbeute sinkt unter 3,0 KW/kg. Nach all dem beschriebenen technischen Aufwand ein mageres Resultat. Wenn man noch alle externen Energien, die bei der Herstellung eingebracht wurden, abzieht, gelangt man zu einem Wirkungsgrad von ca. 20%.

Niemand achtet auf den geschundenen Stickstoff. Man hat ihn eingefangen, schockgefroren, in den Kompressoren geplättet und ihm im Höllenfeuer des Reaktors drei ungeliebte Ehepartner oktroyiert, mit denen er sich freiwillig nie eingelassen hätte. Man hat ihn seiner Heimat beraubt und ihn als Hochzeitsreise auf die andere Seite der Welt deportiert. Nach einer letzten Orgie der Gewalt kommt er nun endlich wieder frei. Man jagt ihn durch einen Kamin in den Himmel über Berlin, der so grau und trostlos für ihn ist wie die Stadt, auf die er herabschaut. Dabei hat er mit seiner Bindungskraft die ganze Sache zusammengehalten. Er hat all das ermöglicht. Jedoch, man hat ihn schnöde ausgenutzt und wirft ihn nun weg. Der Mohr hat seine Schuldigkeit getan. Aber er hat sich mit einer Lawine von Kosten gerächt, die er seinen Peinigern verursacht hat. Der größere Teil davon wird für weitgehend unnütze, sekundäre und tertiäre Operationen verbraucht, an die die großspurigen, ahnungslosen Herolde des grünen Wahns gar nicht denken konnten, weil diese Probleme nur jenseits des Tellerrandes sichtbar sind. Das Ärgerliche für den Steuerzahler ist, dass der Teller für die Frösche aus dem teuerstem Meißner Porzellan gefertigt ist. Der Busfahrer und der Dreher finanzieren das mit ihren Steuergroschen. Zum Dank dafür beschimpfen ihn die Insassen und drohen im die fürchterlichsten Gesetze für die Zukunft an. Kein Verbrennungsmotor, kein Düsentriebwerk, Reisanbau verboten, kein Gas-, Öl- oder Holzfeuer. Kein Fleisch. Pain aux insectes anstatt pain aux chocolat. Hafermilch statt Weizenbier.

Schlussbetrachtung 1: Wasserstoffvariante.

Lieber Leser, ich weiß, dass man sich im Bestreben erklären zu wollen, hoffnungslos im Gestrüpp der eigenen Nebensätze strangulieren kann. Ich hoffe, dass Sie jetzt nicht sagen, dass mir genau das passiert ist. Lassen wir also die Zahlen sprechen.

Für ein kg Wasserstoff in Australien benötigt man 51 KWh Ökostrom.

Verbrennt man ein kg Wasserstoff, erzeugt man 33,3 KWh (In Australien)

Verflüssigt man ein kg Wasserstoff, benötigt man die Energie aus 333 g davon. Man bleibt mit 667 g Rest und schickt den nach Europa.

Verbrennt man 667 g Wasserstoff in Berlin erhält man 22 KWh.

Speist man 667 g Wasserstoff in eine Brennstoffzelle ein, erhält man 15 KWh.

Wenn sie, lieber Leser, nun innehalten, werden Sie Sich fühlen wie Hans im Glück, der gerade den Goldklumpen auf den Wert einer Gans reduziert hat. Und dann tippt Ihnen auch noch ein zerzauster Scherenschleifer auf die Schulter. Er beginnt Sie zu fragen, wie sie die Energierechnungen für die Wasserentsalzung, für die zahlreichen Pumpen und Kompressoren bezahlen wollen? Wie alle großen, komplexen Industrieanlagen, braucht man auch hier eine ausreichend große redundante Energiezufuhr von außen. Man braucht Dieselöl für den großen Fuhrpark. Energiezufuhr für die Werkstätten und Labors. Vergessen sie nicht, dass die Anlage nur 11% Zielprodukt liefert. Wenn Sie nicht jeden Anspruch auf Nachhaltigkeit verlieren wollen, können sie die 89% Sauerstoff, die sie mit der Elektrolyse erzeugt haben, nicht wegwerfen. Sie müssen sie, notfalls mit Verlust, auf den Markt bringen, um glaubwürdig zu sein. Sie werden also von den erwähnten 15 KW/h noch weitere 5 KW/h abschreiben müssen. Mit milliardenteuren Anlagen haben Sie von 51 KW/h, 10 KW/h oder noch weniger übrig behalten. 80% Verlust. Ein Debakel.

Aber trösten Sie Sich, es hätte noch schlimmer kommen können. Und es wird schlimmer kommen.

Schlußbetrachtung 2: Ammoniakvariante

Zur Herstellung von Ammoniak benötigt man 10 KWh/kg. Ältere Anlagen liegen über diesem Wert. Moderne Anlagen kommen mit 9 KWh/kg aus. Super optimierte Vorzeigeanlagen kommen auf 8 KWh/kg. Wie relevant sie sind, lassen wir offen. Es gibt in China und Indien noch bedeutende Kapazitäten, die zwischen 12 und 14 KWh/kg liegen. Der Richtwert 10 KWh/kg für konventionell erzeugten Ammoniak kann deshalb als gültig angesehen werden.

Der Heizwert von Ammoniak ist 5,2 KWh/kg. Konventionell hergestellten Ammoniak zu verbrennen wäre so, als würde man aus einem Kiefernstamm IKEA Regale machen, nur um sie anschließend zu verbrennen.

Wie bereits gesagt, besteht Ammoniak zu 17,6% aus Wasserstoff. Ein kg enthält nur 176 g Wasserstoff. Der liefert bei der Verbrennung 5,9 KWh. Der Differenzbetrag zur Verbrennungswärme des Ammoniak beträgt 5,9 – 5,2 = 0,7KWh und ist ein Verlust zu Ungunsten des Ammoniaks. Diese Energie wird benötigt, um die chemische Bindung zwischen Stickstoff und Wasserstoff zu lösen. Eine Bindung, die mit viel Aufwand durch den Haber-Bosch-Prozess geschaffen wurde. Man zerstört damit 13,5 % der inhärenten Energie des Ammoniaks. In den Werbebroschüren wird das verharmlosend als Ammoniak Cracking beschrieben. Die Energie für den Ammoniak Cracker entnimmt man dem Stromnetz oder bekommt sie vom Gaskraftwerk nebenan? Das Dilemma ist nicht zu übersehen. Es ist unvermeidbar, dass bei dieser Operation auch Wasserstoff und Ammoniak verlorengehen. Und dass Energie von außen in den Prozess gelangt, also das Gebot der Autarkie verletzt wird. Das Endresultat kann nur noch schlechter als beim reinen Wasserstoff sein. Deprimierend.

Wieviel Energie benötigt man zur Herstellung von grünem Ammoniak?

Ein kg Ammoniak enthält 0,176 kg Wasserstoff, der wiederum 5,9 KWh an Energie enthält. Bei einem Wirkungsgrad von 65% für die Elektrolyse ergibt sich ein Bedarf von 9 KWh an Sonnenstrom, nur um diesen Wasserstoff herzustellen. Der Stickstoff wird nach dem Linde Prozess gewonnen. Deshalb kommen 0,5 KWh dazu. Es ist unnötig, weitere Details aufzulisten. Man kann im folgenden sehen, dass der Wert von 10 KWh/kg weit übertroffen wird.

Das Haber-Bosch Verfahren benötigt große Mengen Elektrizität für die Pumpen, Kompressoren etc. Auch die Linde Anlage ist ein Großverbraucher. Man benötigt Heizgas um den Reaktor auf 500°C zu heizen. Sie ahnen es, lieber Leser. Man braucht einen Erdgas Anschluss und ein Kraftwerk, sonst bekommt man kein Bein auf die Erde. Selbst wenn die Anlage fertig gebaut vom Himmel fiele, könnte man solch ein Werk ohne eine redundante Energiezufuhr gar nicht starten. Wenn jetzt der Einwand kommt, dass man selbstverständlich den selbsterzeugten Wasserstoff verbrennen wird und seinen eigenen Strom erzeugen wird, so müsste auch dieses Kraftwerk vom Himmel fallen. Zusammen mit einer „Erstbetankung“ von 5000 Tonnen flüssigem Wasserstoff.

Die Idee einer autark grünen Ammoniak Fabrik in der Wüste, ist eine Fiktion.

Man kann diese Fabrik bei Sonnenuntergang nicht abstellen, oder einfach aufhören zu arbeiten, wenn kein Wind weht. Ohne Energiezufuhr von außen geht es nicht.

Die Alternative wären große Vorratstanks für flüssigen Wasserstoff. Tanks in einer Größe und Anzahl, die noch kein Mensch je geplant, geschweige denn gebaut hat. Diese Tanks werden benötigt, um nachts und bei Flaute arbeiten zu können. Aus diesen Tanks würde bei Bedarf auch Wasserstoff für das Kraftwerk entnommen werden. Der Anteil des Wasserstoffs, der direkt von der Elektrolyse in den Ammoniak Reaktor geht, sollte hoch sein. Es ist unerträglich, den Wasserstoff mit 33% Verlust zu verflüssigen, nur um ihn zwei Tage später zu verbrennen. Man sieht, die Schwierigkeiten und gedanklichen Fallen nehmen kein Ende.

Dass man unter diesen Umständen keinen Ammoniak zu erträglichen Kosten herstellen kann, liegt auf der Hand.

Dazu kommen die zusätzlichen Probleme, die der Ammoniak im Vergleich zum Wasserstoff bei der Weiterverwendung verursacht.

Den Haber-Bosch-Prozess in die Nutzung von Grünem Wasserstoff einzubeziehen ist kein Umweg, es ist eine geistige Verirrung.