Groene ammoniak – Brandstof voor emissievrije scheepvaart

Campfire, een Duitse alliantie die onderzoek doet naar lokale productie van groene ammoniak uit duurzame energie, heeft goed nieuws gekregen: de komende vijf jaar ontvangt het 8 miljoen euro van het Bundesministerium für Forschung und Entwicklung (BMBF). Hiermee kan de onderneming verder werken aan emissievrije scheepvaart en een groene ammoniaktechnologie. Een essentieel onderdeel van het nieuwe proces is het gebruik van keramische dunne-filmmembranen, die een hoog rendement en een lange levensduur hebben. Dankzij deze eigenschappen maken ze efficiënte vaste-stofelektrolyse (SOEC) mogelijk voor de productie van waterstofgas.

“Ammoniak is waterstofrijk en bevat vergelijkbare hoeveelheden energie als dieselbrandstof. Het gas kan ook worden gebruikt in klassieke verbrandingsmotoren. Alleen water en stikstof blijven over als eindproducten. Dit laatste kan veilig uitgestoot worden.”

“We zijn blij dat de jury heeft gekozen voor ons concept, waaraan we meer dan zeven maanden intensief hebben gewerkt en waarbij we een omvangrijke kennisalliantie hebben kunnen opbouwen”, reageert projectleider Dr. Angela Kruth van het Leibniz-Institut für Plasmaanstalt und Technologie (INP) in Greifswald trots. De kennis op het gebied van innovatieve energietechnologieën binnen zowel de maritieme als de chemische sector is al jaren voorhanden in de grensregio tussen het Duitse Rostock en het Poolse Szczecin. Nu wordt deze echter voor het eerst samengebracht door Campfire. Het doel van de alliantie is om een nieuwe economische sector in de regio te creëren door het ontwikkelen van energietechnologieën en het samenvoegen van de lokale energiesector met de maritieme en chemische industrie. Het concept werd gecoördineerd door Leibniz INP, het Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität (IKEM) en de Stralsund Hochschule (HOST). Ook externe partners zoals het Zentrum für Brennstoffzellentechnik (ZBT) en het Institut für Kompetenz in Automobieltechnik (IKAM) leverden een belangrijke bijdrage.

Campfire heeft inmiddels 31 partners. Hiertoe behoren succesvolle bedrijven uit de scheepsbouw en de energiesector. Verder zijn ook grote rederijen en kunstmestproducenten bij het project betrokken. Ongeveer een derde van de projectpartners bestaat uit wetenschappelijke instellingen. Ze doen onder andere onderzoek naar nanotechnologie en brandstofcellen ten behoeve van de energiesector.

Co2-neutrale ammoniak uit lucht en water

De focus van het innovatieconcept ligt op lokale productie van groene – CO2-neutrale – ammoniak uit lucht en water. De energie die hiervoor nodig is, moet volledig afkomstig zijn van wind- en zonne-energiecentrales. De basis van het nieuwe procédé is het gebruik van keramische dunne-filmmembranen met kubusvormige constructies van perovskiet, omdat deze zeer efficiënt zijn en een lange levensduur hebben. Perovskieten bieden grote voordelen wat betreft verwerkingstemperatuur, mechanische veerkracht, fysiochemische eigenschappen en temperatuurbestendigheid als hogetemperatuur-elektrolytmaterialen. Ook kunnen ze zuurstofionen, protonen en elektronen geleiden. Ammoniak kan als energiedrager worden gebruikt omdat het gas bij -33°C bij normale druk vloeibaar kan worden gemaakt. Hierdoor kan het gemakkelijk worden opgeslagen en vervoerd. Ammoniak is waterstofrijk en bevat vergelijkbare hoeveelheden energie als dieselbrandstof. Het gas kan ook worden gebruikt in klassieke verbrandingsmotoren. Alleen water en stikstof blijven over als eindproducten. Dit laatste kan veilig uitgestoot worden. Campfire streeft ernaar het productieproces voor het eerst economisch haalbaar maken dankzij de hoge efficiëntie en de lage kosten van ammoniaksynthese uit hernieuwbare energie.

Ontwikkelingswerkzaamheden in voorbereiding

Als eerste zal Campfire zich richten op de ontwikkeling van de materialen. Tegelijkertijd werken de Oost-Duitse deskundigen aan technologische en economische onderzoeken naar duurzame productie van ammoniak en ammoniak als brandstof. Daarnaast moeten zij zich bezig houden met de juridische kaders en complexe vergunningsprocedures. De alliantie pleit ook voor een duurzaam beleidskader wat betreft de economische voorwaarden voor het project. “Wat nodig is, is een realistische CO2-prijs die ook rekening houdt met de klimaatkosten op lange termijn. In plaats van fossiele brandstoffen te subsidiëren, moeten we klimaatneutrale brandstoffen rendabel maken. Een passende CO2-prijs zal hierbij helpen”, benadrukt IKEM-directeur Simon Schäfer-Stradowsky. Hoe hoger de prijs, hoe sneller de overstap naar nieuwe technologieën.

Ammoniakproductie bestaat al 150 jaar, maar tot nu toe zijn hiervoor grote hoeveelheden fossiele brandstoffen nodig geweest. De verbinding stikstof-waterstof is een van de meest geproduceerde chemicaliën en grondstof voor onder andere kunstmeststoffen.

Groene ammoniak is mogelijk niet alleen van belang voor emissievrije aandrijfsystemen die voor de scheepvaart worden ontwikkeld, maar ook voor de productie van duurzame kunstmest, die waardevol is voor de wereldwijde voedselproductie. CO2-neutrale ammoniak op basis van elektrochemie kan daarnaast ook worden toegevoegd aan stationaire energiesystemen. “De nieuwe ammoniaktechnologieën zijn cruciaal voor het overwinnen van maatschappelijke uitdagingen in de toekomst”, zegt Kruth. Daarnaast is het de bedoeling om de hoogwaardige technologieën wereldwijd te exporteren.

Achtergrond

Al in 2017 lanceerde de BMBF het Oost-Duitse initiatief onder de naam “Wir – Verändern durch Innovationen in der Region”. Sinds 1 april 2019 zijn in totaal 20 Oost-Duitse allianties met een innovatieve aanpak de drijvende kracht achter structurele veranderingen in hun regio. De interdisciplinaire allianties ontwikkelden daartoe vorig jaar verschillende innovatieconcepten op het gebied van bio-economie, nieuwe materialen en grondstoffenefficiëntie, tot gezondheidszorg in landelijke gebieden. Van de 100 initiatieven zijn er nu 20 geselecteerd door een vakjury. De komende vijf jaar zullen zij in totaal 200 miljoen euro aan federale financiering ontvangen.