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Ammoniak – Schlüsselderivat der Wasserstoff-Wirtschaft

Bis zu zwei Drittel des absehbaren Wasserstoff-Bedarfs in Deutschland werden über Importe nach Deutschland kommen. Für Wasserstoff-Importe aus Regionen, die nicht per Pipeline angebunden sind, braucht es alternative Transportwege. Ammoniak (NH₃) hat sich für den Transport von Wasserstoff als vielversprechende Lösung etabliert. NH₃ lässt sich einfacher als andere Wasserstoffderivate speichern, über weite Distanzen transportieren und – wenn nötig – in Wasserstoff rekonvertieren. Ein wesentlicher Vorteil beim Wasserstoff-Transport in Form von Ammoniak liegt vor allem in dessen hoher volumetrischer Energiedichte, was einen geringen Energieaufwand beim Transport ermöglicht.

Nach Schwefelsäure ist Ammoniak die am meisten hergestellte Chemikalie. Deshalb besteht schon heute eine weltweit etablierte Infrastruktur, die als Vehikel für den internationalen Wasserstoff-Handel genutzt werden kann. Mehr als 200 Häfen weltweit verfügen über Ammoniak-Ladungskapazitäten. Auch der Pipeline-Transport ist realistisch – etwa im industriellen Maßstab, wie es in den USA und Deutschland bereits der Fall ist.

Warum ist Ammoniak als Wasserstoff-Derivat relevant?

Ammoniak gilt als Schlüssel für die künftige Wasserstoff-Versorgung Deutschlands, weil er Wasserstoff in kompakter, leicht transportierbarer Form speichert und sich über die bestehende globale Ammoniak-Infrastruktur im- und exportieren lässt (z. B. Tankschiffe, Pipelines, Lagerbehälter, Verladestationen und Sicherheitsvorschriften sind vielfach etabliert). Da Deutschland vermutlich bis zu zwei Drittel seines Wasserstoff-Bedarfs über Importe beziehen muss, senkt Ammoniak die Transportkosten und Umrüstungshürden erheblich. So wird er zu einem strategischen Bindeglied zwischen internationalen Erzeugern und der heimischen Energiewende.

Die direkte Verflüssigung von Wasserstoff erfordert extreme Kühlung (−253 °C), ist energieintensiv, mit hohen Sicherheitsanforderungen verbunden und deshalb technisch aufwendig und teuer. Ammoniak hingegen lässt sich – ähnlich wie Flüssiggas – einfach bei moderatem Druck (ca. 8 bar) und –33 °C verflüssigen und sicher transportieren.

Ammoniak fungiert somit als chemischer Wasserstoff-Speicher: Er kann aus Wasserstoff synthetisiert und später wieder in seine Ausgangsstoffe Wasserstoff und Stickstoff rekonvertiert werden – bspw. durch thermokatalytisches Cracking in sogenannten Ammoniak-Crackern.

Webinar – Turn up with Ammonia

Das Wasserstoff-Derivat Ammoniak bietet als Eckpfeiler einer nachhaltigen Zukunft enormes Potenzial – dank seiner Vielseitigkeit, des vorhandenen Know-hows und der weltweit etablierten Infrastruktur.

Als Wasserstoff-Träger ist Ammoniak einfacher und sicherer zu transportieren als Wasserstoff selbst. In der Schifffahrt gilt es als vielversprechender emissionsfreier Treibstoff, während es zugleich eine skalierbare Lösung für die langfristige Speicherung erneuerbarer Energieüberschüsse bietet. Auch in der Energieerzeugung eröffnet Ammoniak neue Möglichkeiten – sei es in Turbinen oder Brennstoffzellen, pur oder als Beimischung.

Doch wie lassen sich neue Ammoniak-Wertschöpfungsketten in Europa und darüber hinaus realisieren? Erfahren Sie aus erster Hand mehr über aktuelle Entwicklungen und Zukunftsperspektiven dieses leistungsstarken Energieträgers in unserem Webinar "Turn up with Ammonia". Unsere hochkarätigen Referenten geben Einblicke in ihre Projekte und die Rolle von Ammoniak im Energiesystem.

Webinar – Bei Wasserstoff voll aufdrehen: Ammoniak als Derivat

Als vielversprechendes Derivat im globalen Wasserstoff-Hochlauf gewinnt Ammoniak immer mehr an Bedeutung – insbesondere als Transportmedium bei nicht-pipelinegebundenem Import. Doch die Verwendung von Ammoniak als Wasserstoff-Derivat stellt die Branche auch vor neue logistische, marktliche und infrastrukturelle Herausforderungen. In unserem Webinar beleuchten wir daher die Rolle von Ammoniak im Zuge des weltweiten Wasserstoff-Hochlaufs. Gemeinsam mit unseren Referenten diskutieren wir, welche Chancen Ammoniak für die Dekarbonisierung der Industrie bietet, welche produktionsseitigen Vorhaben heute schon eine Blaupause liefern und wie Importstrategien und Energiepartnerschaften zielführend auszugestalten sind.

Herstellung, Transport und Rückumwandlung von Ammoniak als Wasserstoff-Derivat

Das Haber-Bosch-Verfahren: Industriestandard seit über 100 Jahren

Industriell wird Ammoniak meist durch das Haber-Bosch-Verfahren, das zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde, gewonnen. Bei diesem Verfahren reagieren Stickstoff (N₂) aus der Luft und Wasserstoff (H₂) unter hohem Druck (etwa 300 bar) und hoher Temperatur (etwa 450 °C) unter Einwirkung eines Katalysators zu Ammoniak:

N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃
2NH₃: ΔH = –92 kJ/mol

Transport von Ammoniak

Nach Schwefelsäure ist Ammoniak die am meisten hergestellte Chemikalie. Deshalb ist die logistische Infrastruktur für den Transport von Ammoniak, wie Tankschiffe, Pipelines, Lagerbehälter, Verladestationen und Sicherheitsvorschriften, ist weltweit bereits umfänglich etabliert: Mehr als 200 Häfen auf der ganzen Welt verfügen über Infrastruktur zum Anlanden von Ammoniak. Auch der industrielle Pipeline-Transport ist vielerorts ein mögliches Szenario.

Der Transport von Ammoniak zeichnet sich besonders durch den Vorteil einer hohen volumetrischen Energiedichte aus, was zu einem geringen Energieaufwand für den Transport führt. Deshalb wird Ammoniak in der Regel in flüssiger Form transportiert. Hierzu muss er bei Umgebungsdruck auf eine Temperatur von –33°C oder weniger heruntergekühlt werden. In flüssiger Form enthält Ammoniak mehr Wasserstoff als flüssiger Wasserstoff selbst – etwa 1,7-mal.

Ammoniak wird in der Regel per Lkw, Bahn, Schiff oder Pipeline transportiert. Für weite, beispielsweise interkontinentale Transporte geschieht der Transport meist per Schiff. Innerhalb Europas wird Ammoniak überwiegend auf der Schiene transportiert. Leitungsgebundenen Transport erfolgt meist über kurze Distanzen in Industriegebieten.

Rückverwandlung von Ammoniak zu Wasserstoff – Cracking-Technologien im Fokus

Die Rückverwandlung von Ammoniak (NH₃) in molekularen Wasserstoff (H₂) erfolgt über einen thermischen Zerlegungsprozess, das Cracking. Dabei wird Ammoniak in einem Reaktor auf Temperaturen von 600 bis 900 °C erhitzt. Unter Einsatz eines Katalysators, wie Eisen, Ruthenium oder Nickel, zerfällt NH₃ in seine Bestandteile aus Wasserstoff und Stickstoff.

Das entstandene Gasgemisch enthält etwa 75 Volumenprozent Wasserstoff und 25 Prozent Stickstoff. Um reinen Wasserstoff zu gewinnen – etwa für den Einsatz in Brennstoffzellen oder Industrieprozessen – sind nachgelagerte Gasreinigungs- und Trennschritte, beispielsweise mit Membranen oder im sogenannten PSA-Verfahren, erforderlich.

Ammoniak-Cracker in der Anwendung

Ammoniak-Cracker gelten als technisch erprobt, befinden sich aber meist noch in einem Demonstrations- oder Pilotstadium – insbesondere in mobiler oder dezentraler Anwendung. Der Großteil verfügbarer Systeme ist heute auf industrielle Maßstäbe oder stationäre Anwendungen ausgelegt. Mitglieder bei DIE GAS- UND WASSERSTOFFWIRTSCHAFT übernehmen hier eine führende Rolle - mit Projekten zum Import von Ammoniak, dessen Umwandlung in Wasserstoff und der Einspeisung in das Wasserstoff-Kernnetz.

Ammoniak-Projekte

H2GE Rostock

Equinor und VNG erweitern Zusammenarbeit im Bereich Wasserstoff, Ammoniak und CO₂-Abscheidung.

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ACE Terminal

Gasunie und Vopak entwickeln einen Importterminal für grünes Ammoniak als Trägerstoff für Wasserstoff.

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Green-Wilhelmshaven

Uniper baut Wilhelmshaven für den Import und die Produktion grüner wasserstoffbasierter Energieträger aus.

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Ammoniak-Cracker Scholven

Strategische Partnerschaft von thyssenkrupp Uhde und Uniper legt Grundstein für Ammoniak-Cracker.

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BASF Ammoniak-Produktion Ludwigshafen

BASF baut ihr nachhaltiges Produktportfolio in der Ammoniak-Wertschöpfungskette weiter aus.

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H2-Import-Terminal Lubmin

Das Terminal von Deutsche ReGas und Höegh Evi wird der weltweit erste schwimmende grüne Ammoniak-Cracker sein.

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Ammoniak-Cracking auf See

Das spanische Start-up H2Site hat das erste On-Board-Ammoniak-Cracking-System in Betrieb genommen.

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Ammoniak-Cracker Antwerpen

Air Liquide betreibt die weltweit erste Pilotanlage zum Ammoniak-Cracking im industriellen Maßstab.

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Ammoniak-Cracker des Fraunhofer IMM

Entwicklung einer platzsparenden, effizienten und v. a. dezentralen Ammoniak-Cracking-Technologie.

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Politischer Kontext und Marktpotenziale

Ammoniak in der Nationalen Wasserstoffstrategie und der Importstrategie Wasserstoff

Die Nationale Wasserstoffstrategie (NWS) und die Importstrategie Wasserstoff der Bundesregierung erkennen Ammoniak als relevantes Wasserstoff-Derivat an – insbesondere für den Transport von Wasserstoff über weite Distanzen und den anschließenden Import. Die Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie von 2023 betont, dass grüner Wasserstoff in verarbeiteter Form, darunter in Form von Ammoniak leichter zu transportieren ist und daher eine zentrale Rolle beim internationalen Markthochlauf spielt. Dazu betonen die Nationale Wasserstoffstrategie und die Importstrategie Wasserstoff die Relevanz von Infrastrukturen für den Import per Schiff. Für die Verschiffung von Ammoniak sollen sogenannte "grüne Korridore" etabliert werden – bestimmte Schifffahrtsrouten, die unter Berücksichtigung der Verlade- und Transportprozesse von einem Ende zum anderen emissionsfrei sind.

Die EU-Kommission und die Bundesregierung fördern die technologische Entwicklung von Cracker-Anlagen und die Integration von Ammoniak in importseitige Hafeninfrastruktur. Auch im Rahmen des Förderprogramms H2Global werden Ammoniak-Lieferverträge ausgeschrieben, um die Beschaffung von Wasserstoff aus sonnenreichen Regionen in die Wege zu leiten. Anlandepunkte für Wasserstoff-Importe auf Basis von Ammoniak entstehen unter anderem in Wilhelmshaven, Brunsbüttel, Rostock und Lubmin. An diesen Standorten soll industrielles Cracking von Ammoniak ermöglicht werden. Der dann an diesen Standorten erzeugte Wasserstoff soll über eine direkte Anbindung in das Wasserstoff-Kernnetz eingespeist werden.

Handelspartnerschaften zwischen Deutschland und Drittländern

Um den Aufbau eines internationalen Wasserstoff-Angebots zu beschleunigen, arbeitet die Bundesregierung mit einer Vielzahl von Partnerländern, -regionen und internationalen Akteuren zusammen. Wasserstoff-Lieferquellen sollen möglichst breit diversifiziert werden, sodass auch außereuropäischen Partnerländern eine wesentliche Rolle zukommt.

Als Kerninstrument der bilateralen Zusammenarbeit hat die Bundesregierung die Klima- und Energiepartnerschaften (KEP) sowie die Wasserstoff-Partnerschaften ins Leben gerufen. Grundsätzlich ergeben sich im Rahmen der Partnerschaften Chancen zur wirtschaftlichen Entwicklung. Insbesondere mit dem Aufbau regionaler Wertschöpfungsketten können Anreize gesetzt werden, um eigene Industrien und Energiesysteme zu dekarbonisieren.

In fortgeschrittenen Partnerschaften hat die Bundesregierung intensive Kooperationen im Bereich Wasserstoff abgeschlossen, darunter mit Kanada und Australien.

Fazit: Zentraler Energieträger im Wasserstoff-Hochlauf

Ammoniak ist mehr als eines der wichtigsten Chemikalien unserer Zeit. Als Transportmedium von Wasserstoff hat es das Potential, Wasserstoff-Märkte weltweit zu verbinden und den globalen Wasserstoff-Hochlauf wirkungsvoll voranzubringen. Der wirtschaftliche und politische Rückhalt ist vorhanden, denn aufgrund der bestehenden Ammoniak-Transportinfrastruktur lässt sich der Transport von Ammoniak als Wasserstoff-Derivat sowohl infrastrukturell als auch ökonomisch schnell skalieren. Das wissenschaftliche Augenmerk liegt heute bei der Rückumwandlung von Ammoniak zu Wasserstoff. Mit strategischen Förderungen wird die Importinfrastruktur an Schlüsselpositionen mit Anbindung an das Wasserstoff-Kernnetz sukzessive Realität.

Ammoniak: Häufig gestellte Fragen

Hier beantworten wir Ihnen häufig gestellte Fragen zum Thema Ammoniak.

Was ist Ammoniak?

Ammoniak (Summenformel: NH₃) ist eine anorganische Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff. Es handelt sich um ein farbloses, stechend riechendes Gas, das bereits bei –33,3 °C verflüssigt werden kann. In der chemischen Industrie wird es bereits seit dem frühen 20. Jahrhundert in großen Mengen hergestellt und überwiegend zur Herstellung von Düngemitteln verwendet. Es gewinnt zunehmend an Bedeutung als Energieträger in der Wasserstoff-Wirtschaft.

Anders als molekularer Wasserstoff (H₂) ist Ammoniak unter moderaten Bedingungen lager- und transportfähig – insbesondere in verflüssigter Form. Diese Eigenschaft macht es als Energieträger attraktiv: In ein Liter flüssigem Ammoniak sind rund 30 % mehr Wasserstoff enthalten als in ein Liter flüssigem Wasserstoff (bei denselben Bedingungen) (Quelle: IEA, 2021).

Aus Sicht der Energiesystemtechnik kombiniert Ammoniak mehrere Vorteile: hohe Wasserstoff-Speicherdichte, gute Handhabbarkeit, vorhandene Transport- und Lagerinfrastruktur – und das bei niedrigerem Aufwand im Vergleich zu reinem Wasserstoff-Transport.

Warum ist Ammoniak ein Wasserstoff-Derivat?

Ein Wasserstoff-Derivat ist ein chemischer Stoff, der Wasserstoff in gebundener Form enthält und aus diesem zurückgewonnen werden kann – z. B. Ammoniak, Methanol oder LOHC. Derivate dienen vor allem dem einfacheren Transport und der Speicherung von Wasserstoff.

Ammoniak besteht zu etwa 17,6 % aus Wasserstoff (nach Masse). Durch chemische Umwandlung (Cracking) kann dieser Wasserstoff wieder freigesetzt werden. Damit ist Ammoniak ein chemischer Speicher für Wasserstoff – und somit ein sogenanntes Wasserstoff-Derivat.

Welche chemischen Eigenschaften und physikalische Merkmale weist Ammoniak auf?

Summenformel: NH₃
Molare Masse: 17,03 g/mol
Siedepunkt: −33,3 °C (unter Normaldruck)
volumetrische Energiedichte flüssigen Ammoniaks: 3,2 kWh/l (8 bar Druck notwendig) – mit der volumetrischen Energiedichte wird die Energiemenge beschrieben, die sich – bezogen auf das Volumen – speichern lässt. Sie ist damit eine entscheidende Größe für den Transport – insbesondere für den globalen Transport per Schiff, da die Lagerung so problemlos bei moderatem Druck und Temperatur möglich ist
Polarität: leicht polar – gute Mischbarkeit mit Wasser bzw. gute Löslichkeit in Wasser (bildet Ammoniumhydroxid)
Geruch: stechend, reizend (wird früh wahrgenommen)

Ist Ammoniak giftig?

Trotz seiner industriellen Relevanz ist Ammoniak kein harmloser Stoff. In hohen Konzentrationen wirkt es reizend auf Atemwege, Haut und Augen und ist toxisch bei Inhalation. Schon in geringen Mengen ist es durch seinen stechenden Geruch wahrnehmbar. In der Industrie gelten strenge Sicherheitsstandards – durch Sensorik, Belüftung und Notfallprotokolle – die konsequent beachtet werden müssen. Dennoch gilt Ammoniak im industriellen Maßstab als gut handhabbar und beherrschbar, insbesondere im Vergleich zu anderen synthetischen Energieträgern mit höherem Explosionspotenzial.

Ist Ammoniak explosiv?

Ammoniak ist unter Normalbedingungen nicht brennbar, kann aber unter bestimmten Bedingungen (z. B. bei hohen Konzentrationen und Sauerstoff-Überschuss) entzündlich wirken. Anders als Wasserstoff bildet es jedoch nicht leicht hochexplosive Gemische. Industriell ist es gut kontrollierbar.

Wie funktioniert ein Ammoniak-Cracker?

Ein Ammoniak-Cracker spaltet NH₃ bei hoher Temperatur und mithilfe eines Katalysators in Wasserstoff (H₂) und Stickstoff (N₂) auf. Die entstehenden Gase müssen anschließend getrennt werden – z. B. durch Membranen oder Druckwechsel-Adsorption. Der Prozess ist technisch etabliert.

Was ist grüner Ammoniak?

Grüner Ammoniak (Green Ammonia) wird mithilfe von erneuerbarem Wasserstoff (aus Elektrolyse) und Stickstoff aus der Luft hergestellt – ganz ohne fossile Energiequellen. Dadurch ist er nahezu CO₂-neutral. Er gilt als Schlüsselbaustein für den globalen Handel mit klimafreundlicher Energie.

Was ist das Haber-Bosch-Verfahren?

Das Haber-Bosch-Verfahren ist das seit über 100 Jahren etablierte Verfahren zur industriellen Herstellung von Ammoniak. Dabei reagieren Stickstoff (aus Luft) und Wasserstoff (aus fossilen oder erneuerbaren Quellen) unter Druck und Hitze und mit Hilfe eines Katalysators zu NH₃.

Mit Wasserstoff wird erneuerbarer Strom speicherbar

Energieträger Wasserstoff

Wasserstoff wird in unserem künftigen Energiesystem eine wichtige Rolle spielen und gilt als Schlüsselelement für eine erfolgreiche Energiewende. Er lässt sich speichern, ist sauber und saisonal unabhängig verfügbar. Wasserstoff ist sehr vielseitig und lässt sich in Industrie und Gewerbe, in der Strom- und Wärmeerzeugung oder in der Mobilität einsetzen. Durch ihn werden erneuerbare Energien in großen Mengen speicherbar und transportfähig.

Wasserstoff