Forscher haben eine revolutionäre Brennstoffzelle entwickelt, die in der Lage ist, Strom direkt aus Ammoniak zu gewinnen – ohne dass zuvor eine aufwendige Spaltung in Wasserstoff und Stickstoff stattfinden muss. Diese neuartige Technologie kombiniert die Ammoniakspaltung und die Energieerzeugung in einer einzigen Anlage. Das System, das aus einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit integriertem Cracker besteht, erzielt einen beeindruckenden Wirkungsgrad von 60 Prozent – ein Wert, der mit dem von erdgasbasierten Verfahren vergleichbar ist.

Wasserstoff gilt als der Energieträger der Zukunft. Er kann sowohl zur Erzeugung von Wärme durch Verbrennung als auch zur Stromgewinnung in Brennstoffzellen verwendet werden. Doch die Gewinnung von Wasserstoff durch Elektrolyse aus Wasser hat ihre eigenen Herausforderungen: Wasserstoffgas benötigt viel Platz und ist nur mit hohem Energieaufwand verflüssigbar und zu transportieren. Dies macht die Speicherung und den Transport aufwendig.

Eine vielversprechende Alternative scheint Ammoniak (NH3) zu sein, welches als chemischer "Zwischenspeicher" für Wasserstoff fungiert. Ammoniak kann bei minus 40 Grad Celsius verflüssigt werden und ist in dieser Form wesentlich einfacher zu transportieren. Der Nachteil: Um den Wasserstoff aus dem Ammoniak zurückzugewinnen, sind Temperaturen von über 300 Grad Celsius erforderlich.

Die Forscher um Laura Nousch vom Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS haben eine innovative Lösung gefunden. Ihr elektrochemisches System nutzt eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, die mit einem integrierten Cracker verbunden ist. Der Cracker spaltet das Ammoniak bei hohen Temperaturen in Stickstoff und Wasserstoff, der dann in der Brennstoffzelle zur Stromerzeugung verwendet wird. Der überschüssige Stickstoff, der in der Umgebung reichlich vorhanden ist, wird einfach an die Atmosphäre abgegeben.

Der entscheidende Vorteil des neuen Systems liegt im cleveren Einsatz der entstehenden Wärme. Bei der elektrochemischen Reaktion in der Brennstoffzelle wird nicht nur Strom erzeugt, sondern es entsteht auch Wärme. Diese überschüssige Wärme wird effizient genutzt, sowohl zur Aufrechterhaltung der hohen Temperatur im Cracker als auch als Abwärme, die z.B. zur Beheizung von Gebäuden verwendet werden kann. Dieses integrierte Wärmemanagement führt zu dem bemerkenswerten Wirkungsgrad von 60 Prozent.

Die neue Technologie könnte sich als besonders wertvoll für Industrie, Kommunen und Schifffahrt erweisen, insbesondere in Gebieten, in denen der Platz für Wasserstoffspeicher eingeschränkt ist oder die von zukünftigen Wasserstoffnetzen nicht direkt profitieren können. Die kompakte Bauweise der Brennstoffzelle mit integriertem Cracker ermöglicht mobile Anwendungen, sodass große Schiffe Ammoniak-Wasserstoff-Systeme als Alternative zu fossilen Brennstoffen nutzen könnten.

Laura Nousch fasst zusammen: "Als Wasserstoffträger bietet Ammoniak eine hohe Energiedichte und ist relativ einfach zu speichern und zu transportieren. Daher stellt Ammoniak ein ideales Ausgangsmaterial für die klimafreundliche Herstellung von Strom und Heizenergie dar."

Die innovativen Ansätze zur Nutzung von Ammoniak könnten eine entscheidende Rolle in der zukünftigen Energieversorgung spielen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen weiter verringern.