„Grünes“ Ammoniak treibt die Dekarbonisierung voran

„Grünes“ Ammoniak ist ein idealer Energieträger. Frei von Kohlenstoffen, bietet es ein höchst interessantes Zukunftspotenzial. Als ein typischer Baustein des Prinzips „Power-to-X“ treibt „grünes“ Ammoniak die Dekarbonisierung mit voran, vor allem als Transportmittel für Wasserstoff. Seit Einführung des weiterentwickelten Ammoniak-Herstellungsverfahrens unterstützt WIKA die Anlagenentwickler und -betreiber mit individuellen Instrumentierungslösungen für die Messgrößen Druck, Temperatur, Füllstand und Durchfluss.

Ammoniak oder NH₃ dient bislang überwiegend als Basis für Düngemittel. Es wird aus Wasserstoff (H₂) und Stickstoff (N₂) in einem Reaktor synthetisch erzeugt. Der herkömmliche Wasserstoff-Herstellungsprozess erfolgt dabei größtenteils im Dampf-Methan-Reformer („Steam Methane Reformer“; SMR) unter hohem Einsatz an fossilen Roh- und Brennstoffen – vor allem Erdgas – mit entsprechendem CO₂-Ausstoß in die Atmosphäre.

Herstellung unter Einsatz erneuerbarer elektrischer Energie

Aufgrund der weltweit forcierten Energiewende hat nun jedoch der Wandel von „grauem“ zu „grünem“ Ammoniak eingesetzt. Er basiert auf der Strategie „Power-to-X“. Das heißt: Erneuerbare elektrische Energie kommt zum Einsatz, um die benötigten chemischen Moleküle zu gewinnen. Im Fall des Ammoniaks versorgen Wind- und Solarenergie die Elektrolyseanlagen zur H₂-Gewinnung aus Wasser sowie die Luftzerleger („Air Separation Units“; ASU) zur Stickstoff-Extraktion aus der Luft.

„Grünes“ Ammoniak ist vielfältiger nutzbar als „graues“ NH₃

Im Vergleich zum „grauen“ Produkt wird „grünes“ Ammoniak vielfältiger genutzt: weiterhin als wichtige Düngesubstanz, aber auch als Kraftstoff zum Beispiel für die energieintensive Schiffsindustrie. Darüber hinaus spielt es als Trägermedium von „grünem“ Wasserstoff eine wichtige Rolle. Denn NH₃ ermöglicht einen energieeffizienten und Frachtraum sparenden Schiffstransport von den H₂-Erzeugerregionen zu den Weltregionen mit hoher Nachfrage. An den Zielorten spalten Ammoniak-Cracker den Wasserstoff wieder ab und stellen ihn für sämtliche Bedarfsträger zur Verfügung.

„Grünes“ Ammoniak: Die Grafik zeigt die Wertschöpfungskette auf Basis der Strategie „Power-to-X“.

Bedarf wird sich bis zum Jahr 2050 verdreifachen

Angesichts dieser Möglichkeiten wächst der Ammoniak-Bedarf nach Angaben der „International Renewable Energy Agency“ (IRENA) und der „Ammonia Energy Association“ (AEA) von bislang jährlich 200 Millionen Tonnen auf voraussichtlich bis zu 690 Millionen Tonnen im Jahr 2050. Deshalb investiert die Industrie in großem Ausmaß in Herstellung und Logistik. Weltweit sind allein 300 Projekte zur Herstellung von „grünem“ NH₃ registriert. Hierfür stellt WIKA ein komplettes Lösungsportfolio zur Verfügung.

Beispiele für maßgeschneiderte Messsysteme entlang der Wertschöpfungskette

Zahlreiche Verfahrensschritte entlang der NH₃-Wertschöpfungskette benötigen aufgrund spezifischer Herausforderungen maßgeschneiderte Messsysteme. Dazu vier Beispiele:

Für jeden Schritt entlang der Wertschöpfungskette bietet WIKA passende Messsysteme (im Uhrzeigersinn v. l.), zum Beispiel einen Niveaustandsanzeiger mit Doppelkammersystem für die Ammoniak-Separation und -Verflüssigung, das Multipoint-Thermoelement TC96-O Flex-O™ für die Ammoniak-Synthese, den HHR FlowPak®-Durchflussmesser für die Luftzerlegungsanlage und das Rohroberflächen-Thermoelement TC59-E eTEFRACTO-PAD® für das Ammoniak-Cracken.

• Durchflussmessung in der Luftzerlegungsanlage: Die Einbauumgebung in dieser Einheit ist oftmals limitiert. Für solche Anwendungen hat WIKA den HHR FlowPak^®-Durchflussmesser entwickelt. Das auf dem Wirkdruckprinzip agierende Gerät benötigt keine Ein- und Auslaufstrecken und ist selbst nach zwei 90°-Rohrbögen montierbar. Gleichwohl bietet es eine sehr hohe Genauigkeit.

• Temperatur-Monitoring während der Ammoniak-Synthese: Stufen-Thermoelemente mit schnellen Ansprechzeiten ermöglichen den raschen Aufbau eines Temperaturprofils in den Katalysatorbetten der Reaktoren. Mit nur einem Anschluss lassen sich auf diese Weise bis zu 40 Messpunkte realisieren. Die Typen TC95 und TC96-O Flex-O™ sind mit ihrer Modularität speziell für derartige Einsatz konzipiert.
• Füllstandsüberwachung bei der Ammoniak-Separation und -Verflüssigung: WIKA bietet für diese Aufgabe einen individuell auslegbaren Niveaustandsanzeiger mit divers redundanter Überwachung im Doppelkammersystem an. Die Zweikammerlösung verfügt über eine Reed-Kette oder einen magnetostriktiven Sensor sowie über ein geführtes Radar und eine aus der Ferne gut ablesbare Magnetanzeige. Sie kommt mit den hohen Drücken bestens klar. Das smarte Design des Messsystems sorgt außerdem dafür, dass ein Blubbereffekt durch „aufkochendes“ Flüssigammoniak den Schwimmer nicht zum Tänzeln anregt und somit ein störungsfreies Signal gewährleistet ist.
• Überwachung der Rohroberflächentemperatur im Ammoniak-Cracker: Die Abspaltung des Wasserstoffs vom Ammoniak findet in einer Vielzahl von katalysatorgefüllten Cracker-Rohren statt. Der für die chemische Reaktion notwendige Wärmeenergieeintrag erfolgt durch Befeuerung von außen. Die exakte kontinuierliche Erfassung der Rohroberflächentemperatur ist eine wichtige Stellgröße zur effizienten Regelung des Prozesses und zur Vermeidung von Überhitzung. Hierfür hat WIKA unterschiedliche Gerätetypen im Portfolio. Dazu gehört das patentierte TC59-E eTEFRACTO-PAD^®, das mit nur einer Schweißnaht angebracht wird und die exakte Rohroberflächentemperatur rund um die Uhr ausgibt.

„Grünes“ Ammoniak: Auch Services zu den Messgeräten für die Produktion

Sämtliche Verfahrensschritte benötigen außerdem Prozess- und Differenzdrucktransmitter und dazugehörige Instrumentierungsventile, welche auch bei der hydrostatischen Füllstand- und Durchflussüberwachung zum Einsatz kommen Darüber hinaus können Anlagenbetreiber auf begleitende WIKA-Services zurückgreifen, beispielsweise bei Installation, Wartung und Kalibrierung.

Hinweis
Auf der WIKA-Webseite geben wir Ihnen einen Überblick über Instrumentierungslösungen für Wasserstoffanwendungen sowie zur konventionellen Ammoniak-Herstellung. Dort finden Sie zudem weitergehende Informationen zu den erwähnten Geräten TC95, TC96-O Flex-O™, TC59-E eTEFRACTO-PAD^®, HHR FlowPak^® sowie dem Niveaustandsanzeiger. Außerdem stellen wir Ihnen weitere Messlösungen für die chemische Industrie vor. Sie möchten mehr über WIKAs Nachhaltigkeitsstrategie erfahren? Dann downloaden Sie den Nachhaltigkeitsbericht. Sollten Sie darüber hinaus noch Fragen haben, steht Ihnen Ihr Ansprechpartner gerne zur Verfügung.

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