Ammoniak rückt als Energiequelle in den Fokus

Japan versucht den Spagat zwischen einer stabilen, bezahlbaren Energieproduktion einerseits und einer Verringerung von Kohlendioxidemissionen andererseits. Für das Ziel der Dekarbonisierung bis 2050 will das Land alle Möglichkeiten für eine grüne Transformation nutzen, auch wenn "grüne" Rohstoffversorgung vorerst keine Priorität hat. Einen Ansatzpunkt zur Dekarbonisierung sieht die japanische Industriepolitik in der Nutzung von Ammoniak.

Laut dem sechsten Energieplan der japanischen Regierung soll im Jahr 2030 etwa ein Prozent der Energie mit Hilfe von emissionsfreiem Ammoniak und Wasserstoff erzeugt werden. Ammoniakprojekte sind zwar eng verbunden mit der Erzeugung von Wasserstoff, sie sind jedoch vergleichsweise einfacher umzusetzen. Langjährige Erfahrung besteht bereits mit der Synthese, der Lagerung und dem Transport von Ammoniak via Schiffen und Pipelines.

Wenig Erfahrung gibt es jedoch mit Ammoniak als Brennstoff. Um die Machbarkeit und Sicherheit von Ammoniaktechnologien in der Energieerzeugung zu testen sowie die erforderliche Lieferinfrastruktur aufzubauen, führt Japan Demonstrationsprojekte durch. Die ausführenden Firmen erhalten dafür finanzielle Unterstützung von der staatlichen Förderorganisation New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).

Ko-Feuerung von Ammoniak im Visier

Ein solches Testvorhaben findet im größten Thermalkraftwerk Japans, dem Hekinan Power Plant des Stromerzeugers JERA, in der Präfektur Aichi statt. Daran beteiligt ist der Ausrüstungsanbieter IHI. In den Jahren 2021 und 2022 hat JERA in kleinem Maßstab die Ko-Feuerung von Ammoniak mit Kohlenstaub getestet. Ab 2024 wird die Ko-Feuerung auf 20 Prozent hochgefahren, so JERA General Manager Katsuya Tanigawa. Bis dahin baut der Kraftwerksbetreiber die Lagerinfrastruktur und die Verdampfanlagen für Ammoniak aus.

Die zugeführte Ammoniakmenge könnte ab 2028 auf 50 Prozent steigen. Die technische Umsetzung sollte keine größere Hürde darstellen. Beschränkende Faktoren sind hingegen der Ammoniakpreis und die Verfügbarkeit des Rohstoffs. Für die anfänglichen Testläufe der Ammoniak-Kohle-Feuerung konnte JERA auf inländisch produziertes Ammoniak zurückgreifen, das per Schiff transportiert wurde.

Wenn die umfangreichere Ko-Feuerung beginnt, wird der Verbrauch jedoch deutlich in die Höhe schnellen. Das Hekinan-Power-Plant-Projekt sieht eine Ammoniakeinspritzung in den 1-Megawatt-Kraftwerksblock von 20 Prozent vor, pro Jahr werden 500.000 Tonnen Ammoniak benötigt. Mit höheren Ko-Feuerungsraten und weiteren Blöcken steigt der Verbrauch entsprechend. Zudem laufen auch andere Vorhaben, die die Nutzung von Ammoniak im Energiebereich testen.

Ammoniak hat hohes Nachfragepotenzial

So hat der Ausrüstungshersteller IHI eine 2-Megawatt-Gasturbine entwickelt, die mit bis zu 100 Prozent flüssigem Ammoniak Energie erzeugt. Um Treibhausgasemissionen zu vermeiden, wird das im Prozess entstehende Stickstoffoxid durch Veränderungen in der Brennkammer neutralisiert, wie das Unternehmen im Juni 2022 meldete. Eine ähnliche Gasturbine entwickelt Mitsubishi Power. Die 40-Megawatt-Turbine soll 2025 kommerziell verfügbar sein.

Darüber hinaus testen beispielsweise Mitsui Chemicals, Maruzen Petrochemical, Toyo Engineering Corporation und Sojitz Machinery Corporation den Einsatz von Ammoniak als Energierohstoff in Naphthacrackern. Dieses soll zukünftig Methangas ersetzen und CO₂-Emissionen verringern. Nicht zuletzt planen viele Reedereien, ihre Schiffe auf Ammoniakantrieb umzustellen, um die Dekarbonisierung ihrer Flotten zu erreichen.

Importe aus weltweiten Quellen geplant

Japans Bedarf an Ammoniak wird stark zunehmen und die Inlandsproduktion um ein Vielfaches übersteigen. Das Wirtschaftsministerium schätzt die Nachfrage im Jahr 2030 auf 3 Millionen bis 5 Millionen Tonnen und im Jahr 2050 auf mindestens 30 Millionen Tonnen. Zukünftig müssen daher große Mengen an Ammoniak importiert werden. Dies erfordert den Aufbau einer Lieferkette und den Ausbau von Speichermöglichkeiten.

Die inländische Ammoniakproduktion erreichte 2021 knapp 843.000 Tonnen. Der überwiegende Teil des Stoffes fließt in die Kunstdüngerherstellung und wird zum kleineren Teil in chemischen Prozessen eingesetzt. Diese Nachfrage muss nach wie vor bedient werden. Die Ammoniakeinfuhr Japans betrug 2021 rund 217.400 Tonnen. Gemäß Handelszahlen von UN Comtrade ist Indonesien mit einem Anteil von knapp drei Vierteln der wichtigste Lieferant. Auf dem zweiten Rang liegt Australien mit einem Anteil von gut 18 Prozent.

Zukünftig wird Japan große Mengen an Ammoniak einführen, darunter sowohl aus Erdgas erzeugtes "blaues" Ammoniak als auch längerfristig mit erneuerbaren Energien erzeugtes "grünes" Ammoniak. Japanische Unternehmen verfolgen mehrere Projekte, um Lieferketten für Ammoniak sowie Wasserstoff aufzubauen. Zu den Partnerländern zählen Australien, Indonesien, Abu Dhabi, Saudi-Arabien, die USA und Kanada wie nicht zuletzt auch Chile.

Inlandsproduktion ist ausbaufähig

Neben dem Import von Ammoniak rückt der Ausbau der inländischen Produktion in den Fokus. In bestehenden petrochemischen Anlagen und Industriekomplexen könnte die Nutzung von Wärme und Energie dazu beitragen, die Ammoniak- und Wasserstofferzeugung aufzubauen. Acht Standorte kämen laut Carbon Neutral Complex Study Group, eines Arbeitskreises des Wirtschaftsministeriums, in Frage, darunter ein Standort in Kawasaki sowie der Shunan Industrial Complex in Yamaguchi.

Die vier Chemiefirmen Tosoh Corporation, Idemitsu Kosan, Tokuyama Corporation und Zeon Corporation haben sich im Juli 2022 darauf verständigt, im Shunan Industrial Complex gemeinsam eine kohlenstofffreie Ammoniaklieferkette zu entwickeln. Laut der Projektstudie streben die Unternehmen, unterstützt von der NEDO, nach 2030 eine Ammoniakproduktion in der Größenordnung von über 1 Millionen Tonnen pro Jahr an.