TransHyDE-Projekt AmmoRef: Reformierung von Ammoniak - Transport von H2 über Derivate; Teilvorhaben: Entwicklung einer nachhaltigen, CO2-freien und wirtschaftlichen Prozesstechnologie für die Gewinnung von Druckwasserstoff durch Ammoniakreformierung

Abstract

Als zentrales Ergebnis der Prozessbewertung wurde ein Reverse‑Flow‑Reaktor mit nachgeschalteter Druckwechseladsorption als bevorzugte Prozessroute identifiziert. Dieses Konzept erlaubt sehr hohe Reaktionstemperaturen in der katalytisch aktiven Zone bei gleichzeitiger effizienter Wärmerückgewinnung durch regenerative Festbettzonen und einer intrinsischen Quenchwirkung des Produktgases. Dadurch werden hohe Umsätze erreicht und Rückreaktionen effektiv unterdrückt. Im Vergleich zur Membranroute zeichnet sich das RFR‑Konzept durch geringere apparative Komplexität, bessere energetische Integration und höhere Skalierbarkeit aus. Für die Energiezufuhr erwies sich die resistive elektrische Beheizung als robustes, gut regelbares und für den Technikumsbetrieb geeignetes Konzept. Induktive Beheizungsansätze konnten im Labor zwar grundsätzlich hohe Temperaturen erreichen, zeigten jedoch eine hohe Sensitivität gegenüber Geometrie und Materialzustand und wurden daher für die erste Technikumsumsetzung zurückgestellt. Auf dieser Basis wurde ein elektrisch beheizter Reverse‑Flow‑Reaktor (eRFR) für den Technikumsmaßstab ausgelegt, konstruiert und gefertigt. Der Reaktor berücksichtigt zentrale material‑ und sicherheitsrelevante Anforderungen wie den Schutz drucktragender Bauteile, den Ausgleich thermischer Ausdehnungen, nitridierungsunempfindliche Packungsmaterialien sowie eine sichere elektrische Kontaktierung. Ergänzend wurde eine modulare Technikumsanlage aufgebaut, bestehend aus Ammoniakversorgung, Reaktor, Druckwechseladsorption und oxidativer Abgasnachbehandlung. Die 6‑Bett‑Druckwechseladsorption konnte erfolgreich bis zu einem Druckniveau von 40 bar in Betrieb genommen werden und erreichte Wasserstoffreinheiten von > 99,9 % bei Rückgewinnungen von bis zu ca. 75 %. Dieser Rückgewinnungswert wird im weiteren Verlauf des Anlagenbetriebs weiter optimiert. Die Abgasnachbehandlung wurde so ausgelegt, dass auch Betriebszustände mit erhöhtem Wasserstoffschlupf sicher beherrscht werden können. Insgesamt wurde mit dem Projekt eine in dieser Form neuartige Technikumsinfrastruktur zur Hochdruck‑Ammoniakreformierung geschaffen. Die Arbeiten liefern eine belastbare Grundlage für die weitere experimentelle Validierung der integrierten Prozesskette und für zukünftige Skalierungs‑ und Entwicklungsprojekte im Bereich der CO2-freien Wasserstoffbereitstellung aus Ammoniak.