Verbundvorhaben: Grüne Ammoniaksynthese und -Nutzung für den Seeverkehr durch SOC-Technologie; Teilvorhaben: Skalierungsfähigkeit und technoökonomische Betrachtung der Ammoniakherstellung

Abstract

Im Verbundvorhaben GreatSOC wurden im Rahmen der Dekarbonisierung der Schifffahrt zwei unabhängige Anlagenkonzepte untersucht: die SOEC-basierte Herstellung von erneuerbarem Ammoniak (e-NH₃) sowie die direkte Nutzung von Ammoniak mittels Hochtemperatur-Brennstoffzellen (DA-SOFC). Beide Ansätze zielen darauf ab, Ammoniak als nachhaltigen Schiffskraftstoff für maritime Anwendungen nutzbar zu machen. Dabei kommen Festoxid-Zelltechnologien in unterschiedlichen Rollen zum Einsatz: Die SOEC erzeugt als Hochtemperatur-Elektrolyseur effizient Wasserstoff für die Ammoniaksynthese, während die DA-SOFC Ammoniak direkt in elektrische Energie und Wärme umwandelt. Für die e-NH₃-Produktion wurde ein integriertes Anlagenkonzept für klein- bis mittelskalige Anlagen entwickelt. Die SOEC-Technologie lässt sich mit geringem Anpassungsaufwand in bestehende Ammoniak-Prozessrouten integrieren. Durch die Nutzung von Abwärme, den Verzicht auf eine Luftzerlegungsanlage (ASU) und optimierte Kondensations- und Abscheidetechniken können Energieeffizienz, Platzbedarf und Treibhausgasbilanz verbessert werden. Das Konzept bestätigt die technische Machbarkeit und schafft eine Grundlage für weitere Engineeringphasen sowie Pilot- und Demonstrationsanlagen zur Herstellung erneuerbaren Ammoniaks als Schiffskraftstoff. Das DA-SOFC-Konzept ermöglicht die direkte Nutzung von Ammoniak ohne externen Cracker zur effizienten Strom- und Wärmeerzeugung an Bord. Dies ist beispielsweise für die Schifffahrt relevant, da eine vollständige Elektrifizierung großer Hochseeschiffe aufgrund der begrenzten Energiedichte von Batteriesystemen nur eingeschränkt möglich ist. Ammoniak bietet als speicherbarer Energieträger eine hohe Energiedichte und kann in Brennstoffzellensystemen effizient in elektrische Energie umgewandelt werden. Die DA-SOFC kann als Range-Extender in hybriden Antriebskonzepten eingesetzt werden, um Reichweiten zu erhöhen, Platzbedarfe zu senken und Nachteile von Batteriesystemen zu kompensieren. Gegenüber Verbrennungsmotoren bietet die Hochtemperatur-Brennstoffzelle höhere Effizienz, geringere Emissionen sowie weniger Lärm und Vibrationen. Damit eignet sie sich insbesondere für maritime Anwendungen, etwa in Emissionskontrollgebieten (ECA) mit strengen Emissionsgrenzwerten und begrenzter Verfügbarkeit von nachhaltigem Landstrom oder geeigneten Hafenkraftwerken.