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Ammoniaksynthese, Stickstoffdünger

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Posted · Edited by reko

200 000 Tonnen /Jahr grüner Ammoniak (800MW Solar) und 1 Mio Tonnen /Jahr blauer Ammoniak aus den Emiraten,

finale Investitionsentscheidung 2022, Produktionsbeginn Anfang 2025.

2021/05/26 Two new large-scale ammonia projects in the UAE

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basti_
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Hatte eigentlich den Wasserstoff-Faden gesucht und dann nur diesen Faden gefunden.

 

Ist der verlinkte Kommentar realisitisch? Wieviel persönliche Meinung/Hoffnung steckt da drin? Das hört sich zu gut an um wahr zu sein.

https://www.heise.de/meinung/Kommentar-Warum-wir-besser-Ammoniak-statt-Wasserstoff-importieren-sollten-6058022.html

 

Ist dann zwar Offtopic für den Faden hier, aber wenn das alles so stimmt, dann solte man doch das Wasserstoff-Auto sofort einstampfen und auch sämtliche Überlegungen bzgl Wasserstoff als "Speicher" für erneuerbare Energie überdenken. Wasserstoff dürfte nur noch zur Herstellung von Ammoniak verwendet werden oder besser gleich den Stickstoffdünger lokal herstellen.

 

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reko
Posted · Edited by reko
vor 2 Stunden von basti_:

Ist dann zwar Offtopic für den Faden hier, aber wenn das alles so stimmt, dann solte man doch das Wasserstoff-Auto sofort einstampfen und auch sämtliche Überlegungen bzgl Wasserstoff als "Speicher" für erneuerbare Energie überdenken. Wasserstoff dürfte nur noch zur Herstellung von Ammoniak verwendet werden oder besser gleich den Stickstoffdünger lokal herstellen.

Zu Wasserstoff geht es hier.

 

Ammoniaksynthese in kleinen Anlagen ist bisher kaum konkurrenzfähig. Da Ammoniak sehr viel besser als Strom oder Wasserstoff transportierbar ist, wird es in Deutschand mit hohen Strompreis und wenig Sonne weiterhin kaum Ammoniaksynthese geben. Für Ammoniak gibt es einen globalen Handel.

 

Es ist nicht sinnvoll stur planwirtschaftlich eine Anwendung nach der anderen abzuarbeiten. Es ist sinnvoller ein altes Kohlekraftwerk als eine neue Erdgas betriebene Ammoniakanlage zu ersetzen und im schlimmsten Fall das Byprodukt-Erdgas eines Ölfelds oder Deponiegas abzufackeln . Der Markt sucht sich selbst die beste Verwendung von Wasserstoff. Wenn man eine alte/schlechte Anlage ersetzen muß, dann lohnt es sich viel eher. Man wird auch nicht ein neu gekauftes Auto verschrotten um dann festzustellen, dass es nächstes Jahr wieder ein besseres E-Auto gibt und man das ein Jahr alte E-Auto wieder verschrotten kann (ein Verkauf würde keine CO2 Einsparung bringen).

Wenn der CO2 Preis hoch genug ist, dann wird niemand mehr Ammoniak mit Erdgas oder wie in China mit Kohle produzieren. Nur haben wir keinen global einheitlichen CO2-Preis. Das bedeutet die Produktion geht dort hin wo die geringsten Auflagen und die billigste Energie vorhanden ist.

 

Lokal erzeugter Wasserstoff wird am besten lokal verwendet. Ist das nicht möglich, dann wird man ihn bis 1000 km möglichst mit Pipelines transportieren. In entfernten Regionen z.B. Westaustralien bietet es sich an Ammoniak zu produzieren. Ob der als Dünger oder als Kraftstoff verwendet oder in Wasserstoff oder Strom zurückgewandelt wird entscheidet der Markt. Für eine Mobilfunkstation in unwegsamen Gelände wird man eher Ammoniak verwenden als eine neue Stromleitung zu verlegen. Oder ein Überseefrachtschiff.

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reko
Posted · Edited by reko

Neben der Reaktion von Stickstoff mit Wasserstoff kann Ammoniak auch elektrochemisch aus Stickstoff und Wasser erzeugt werden. Damit wird die Wasserstoffelektrolyse durch eine Ammoniakelektrolyse ersetzt.

2 N2 + 6 H2O -> 4 NH3 + 3 O2

 

Electrochemical Synthesis of Ammonia: Recent Efforts and Future Outlook, 2019

Zitat

In the past two decades, several alternatives to the existing process have been proposed, including the electrochemical synthesis. The present paper reviews literature concerning this approach and the experimental research carried out in aqueous, molten salt, or solid electrolyte cells, over the past three years.

..

In conclusion, the development and the scale up of the electrochemical synthesis of ammonia, although at a rather slow pace, is moving ahead. The reason for this slow progress is the need for intensive collaboration among scientists and engineers working in different fields (solid state ionics, catalysis, electrochemistry, reactor design) in order to bring this process into industrial practice.

 

 

REVIEW: Sustainable Ammonia Production Processes, 2021/03

Recent progress towards solar energy integration into low-pressure green ammonia production technologies, 2021/05

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reko
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An der Monash School of Chemistry in Australien wird an einen neuen elektrochemischen Ammoniaksyntheseverfahren gearbeitet. Das Verfahren ist auch bei kleinen Anlagen nutzbar und wird vom Spin-off Jupiter Ionics kommerzialisiert.

2021/06/11 World-first discovery could fuel the new green ammonia economy

Zitat

The research, published in the prestigious journal Science, unlocks the potential to produce ammonia and fertilisers from renewable energy in reactors, as small as a refrigerator, that could be rolled out at the individual farm or community level.

Direct, zero-carbon ammonia synthesis methods currently being explored include the electrochemical nitrogen reduction reaction, which can produce ammonia at room temperature and pressures from nothing more than air, water and renewable energy.

..

The technology that we have developed also opens up a broad range of possibilities for future scale up to very large production facilities for export, attached to dedicated solar and wind farms,” Professor MacFarlane said.

“These could be sited in ideal renewables generating locations such as northern areas of Western Australia.

“Our discoveries have been licensed to a new Monash spin-out called Jupiter Ionics P/L who will be scaling up the process to demonstrate operation in commercial applications.”

In einen Kreisprozess wird zuerst Li3N erzeugt und dann das Lithium durch Wasserstoff ersetzt.

 

Siehe auch 2020/12 Panel discussion on next-generation ammonia synthesis

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Lt. Studie im Auftrag von NABU und Ökoinstitut: "Green ammonia as an energy source has great potential for climate protection"

2021/06/25 NABU study: Ammonia can fully develop its climate protection potential

Zitat

“Ammonia as a marine fuel can fully develop its climate protection potential if the climate-damaging nitrous oxide emissions that arise in production, transport and combustion are almost completely eliminated,” Leif Miller, Managing Director at NABU, said.

..

Ammonia will play an important role in decarbonising other sectors in the hydrogen economy.

 

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2021/07/16 Morocco to start $850m ammonia plant works

"Upon completion in 2026, the facility will have the capacity to produce 31,000t of green hydrogen annually, to be converted into 131,000t of green ammonia.

.. The project will be developed by a team comprising Nasdaq-listed Irish electrolyser maker Fusion Fuel and Lebanon’s Consolidated Contractors Company (CCC).

.. Fusion Fuel has a proprietary electrolyser solution, Hevo, which has been specifically designed to be ‘small, lightweight and possible to be mass-produced.’"

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Yara will wegen des hohen Erdgaspreises die europäische Ammoniakproduktion um 40% drosseln.

CF hat seine beiden britischen Produktionsanlagen gestoppt.

2021/09/17 Yara curtails ammonia production due to increased natural gas prices

2021/09/17 Norway's Yara cuts ammonia output as gas prices surge

Yara importiert Ammoniak aus Trinidad, USA und Australien.

2021/09/20 Yara brings ammonia to Europe after gas price hike, CEO says

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2021/10/01 BASF drosselt Düngerproduktion in Europa – Düngerpreise explodieren

Zitat

Immer mehr große Düngerhersteller legen Werke still.

.. BASF .. Das Unternehmen hat die Ammoniakproduktion sowohl in seinen Werken in Antwerpen in Belgien als auch in Ludwigshafen in Deutschland reduziert. „Aufgrund des jüngsten Anstiegs der Erdgaspreise in Europa ist der wirtschaftliche Betrieb einer Ammoniakanlage in der Region äußerst schwierig geworden“

2021/10/01 CF Industries-Aktie mit deutlichen Kursgewinnen

 

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Die Ammoniakproduktion erfordert 2% des weltweiten Energieverbrauchs.

2021/10/11 New IEA study examines the future of the ammonia industry amid efforts to reach net zero emissions

“The world will need more ammonia but cannot afford the emissions that come with its production,’’

Ammonia Technology Roadmap

Zitat

China is the largest producer of ammonia, accounting for 30% of production (and 45% of CO2 emissions)

.. Ammonia production facilities have long lifetimes of up to 50 years. The current average age of installed capacity is around 25 years since first installation .. Plants in Europe are around 40 years old on average, compared with 12 years in China

..

Encouraging progress on near-zero-emission technologies is already being made .. These emerging routes are typically 10-100% more expensive per tonne of ammonia

2021/10/14 Intl consortium plans green hydrogen, ammonia project in Oman

"1,000 tonnes of green ammonia per day in the Salalah Free Zone in the south of Oman .. project called SalalaH2" (1000 Tonnen pro Tag)

2021/10/04 Nextchem startet Machbarkeitsstudie für grünes Ammoniak in USA (240 Tonnen pro Tag)

Pilotprojekt, West Jutland Dänemark (5 000 Tonnen pro Jahr)

Yara, Porsgrunn Norwegen (500 000 Tonnen pro Jahr)

CF, Donaldsonville USA (20 000 Tonnen pro Jahr)

Projekt HYEX, Chile (700 000 Tonnen pro Jahr)

Projekt H2U, Gladstone Australien (5000 Tonnen pro Tag)

Projekt NEOM, Saudi Arabien (1,2 Millionen Tonnen pro Jahr)

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Das Leben auf der Erde hängt von wenigen Spezies ab, die gelernt haben Stickstoff aus der Atmosphäre  zu nutzen. Biologisch von einige Bakterien und synthetisch erstmals mit dem Haber Bosch Verfahren. Auch in Gewitterwolken und inzwischen auch elektrolytisch. 

2022/01/11 Haber-Bosch And The Greening Of Ammonia Production

"Fully 50% of the nitrogen in your body right now probably came from a Haber-Bosch reactor somewhere, so we all quite literally depend on it for our lives."

50% allen Stickstoffs in der Nahrung wird künstlich erzeugt.

 

2021/11/29 Breakthrough brings green ammonia production closer to reality

Das Verfahren arbeitet nach dem Prinzip einer umgekehrten Brennstoffzelle bei niedrigen Druck und niedriger Temperatur. Anders als bei Haber Bosch sind auch kleine dezentrale Anlagen sinnvoll. Entwickelt an der Monash Universität und deren Spin-Off Jupiter Ionics

2021/11/31 Jupiter Ionics closes $A2.5m seed investment round to develop breakthrough modular Green Ammonia technology

 

Ein anderer Weg @ 400–600 °C, Colorado School of Mines

Ammonia-fed reversible protonic ceramic fuel cells with Ru-based catalyst, 2021/08

 

Bei Weaver Fertilizer hat es gebrannt.

2022/02/02 Brand in Düngemittelfabrik: 6500 Menschen in North Carolina evakuiert

Das Video sieht nach Totalschaden aus.

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2022/02/03 large-scale-green-hydrogen-and-ammonia-project-to-launch-in-spain

"Project Catalina ..  5 GW of combined wind and solar in Aragon (Spain) and produce green hydrogen through a 2 GW electrolyzer

.. Catalina Phase I is currently in an advanced development stage  ..  500MW electrolyzer  .. Construction is planned to start at the end of 2023

.. It will connect Aragón and Valencia via a pipeline transporting green hydrogen to supply a newly built, state-of-the-art green ammonia plant with annual capacity of 200,000 tons .. will be further upgraded into green and sustainable fertilizers within Fertiberia’s existing assets at Sagunto (Valencia)". 

Fertiberia will ab 2022 auch Wasserstoff aus der 100MW Solar Anlage in Puertollano von Iberdrola einspeisen.

 

2 neu bestellte 230m Schiffe können sowohl mit LPG und Ammoniak betrieben als auch beladen werden - Lieferung 2024.

2021/12 NYK ORDERS LPG/NH3 CARRIER NEWBUILDING PAIR FROM LOCAL YARD

 

Video zum bereits genannten elektrolytischen Verfahren der Monash University

2022/02/06  Decarbonising AMMONIA production. Could a revolutionary new process be the key?

Transcript

 

Video zum Plasma Verfahren

2022/02/04 A Novel and Sustainable Plasma Route for Green Ammonia Production

 

Beide Verfahren benötigen keine separate Wasserelektrolyse

2022/01 Video: Nitrogen and Ammonia: From the Industrial Revolution to a Future Nitrogen Economy, Beyond Haber Bosch

An Efficient Direct Ammonia Fuel Cell for Affordable Carbon-Neutral Transportation, Joule 2019 3 2472 2484

Figure 3. Source-to-Tank Cost Comparison of Carbon-Neutral Transportation Fuels (hier Methanol / CO2 mit Direct Air Capture (195$/t), für H2 wurde eine Verteilung mit LKW an Tankstellen unterstellt, H2 Produktionskosten mit Solar/Wind in Texas)

10995705_Figure3.Source-to-TankCostComparisonofCarbon-NeutralTransportationFuels.png.fcf4926a38ab0f41a3983cd0fda86d06.png


Der im Video erwähnte neue  Katalysator wurde in Nature Chemistry veröffentlicht

2021/11 Chemists discover new way to harness energy from ammonia

2021/12 Clean energy from ammonia: UW discovery a step toward carbon-free economy

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reko
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2022/04/13 Gasunie, HES und Vopak wollen Ammoniak-Importterminal in Rotterdam entwickeln .. könnte 2026 in Betrieb gehen

2022/04/11 Rotterdam port unveils green ammonia import terminal scheme .. The port also has memoranda of understanding with carbon tech start-up Horisont Energi to set up a corridor for the transport of blue ammonia from Norway to Rotterdam by 2025 and most recently, with Africa-focused Chariot for green hydrogen imports from its proposed project in Mauritania.

2022/03/18 Import von grüner Energie: RWE errichtet Ammoniak-Terminal in Brunsbüttel .. ab 2026 jährlich rund 300.000 Tonnen grüner Ammoniak

 

2022/03/23 First-movers working towards renewable ammonia .. Neom, Yara, Fertiberia

2022/04/05 The Door Is Open to Green Hydrogen and Green Ammonia .. FFI will supply up to 100,000 tons of green hydrogen equivalent per year, starting as early as 2024.

2022/04/12 Orica and H2U Group team up on Gladstone green ammonia project .. in Queensland .. up to 3 gigawatts of electrolysis and up to 5,000 tonnes per day of green ammonia production .. scheduled for operational activity to begin in 2025

2022/03/21 Scatec signs MoU for 1 million tonnes a day green ammonia project in Egypt

2022/04/01 Abu Dhabi advances $1bn hydrogen project .. The overall project will include an 800MW solar photovoltaic (PV) plant to power hydrogen-to-ammonia production .. Close to $60bn-worth of green hydrogen and ammonia schemes have been announced in the Middle East and North Africa (Mena) region since July 2020

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juliusjr
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Viele links und ich kapier nicht ganz um was es geht. Kannst du es mir erklären reko? Wer hat übrige Energie und will dann günstig Ammoniak verkaufen? Sind doch alles Demo- anlagen, oder? Da gehts nicht unbedingt um die wirtschaftlichkeit... 

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reko
Posted · Edited by reko

@juliusjr 60 Mrd$ in 9 Monaten für Anlagen nur in MENA sind keine Demoanlagen. Es geht um Anlagen in Gigawatt-Größenordnung.

Die Links zeigen, dass es derzeit einen gewaltigen Schub gibt an Ammoniakterminal- und Produktionsanlagenprojekten. Die gewöhnliche Bauzeit solcher Anlagen beträgt etwa 4 Jahre. Der Bau beginnt jetzt. Ab 2026 ist mit relevanten Ammoniak-Lieferungen zu rechnen. Zuerst werden die Anlagenbauer und Zulieferer profitieren. Nach Baubeginn gibt es kaum noch Möglichkeiten ein Projekt sinnvoll abzubrechen. Die Anlagen haben hohe Investitionskosten und sehr niedrige Betriebskosten, d.h. sie werden auch in Betrieb gehen.

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juliusjr
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Okay. Danke für die Antwort. Ein großer Teil der Kosten der Anlagen wird aber für die erneuerbaren Energien (photovoltaik, wind) sein. Wird das staatlich bezuschusst? Bekommen die Firmen wie yara co2 Zertifikate? Oder ab welchen gaspreis wäre denn sowas wirtschaftlich?

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reko
Posted · Edited by reko

Grauer Ammoniak wird meist in Regionen mit billigen lokalen Erdgasvorkommen (USA, Russland, Arabien) produziert und global vermarktet. Offensichtlich rechnen die Firmen die jetzt Anlagen bauen damit dass sie konkurrenzfähig produzieren können. Dabei ist sicher ein CO2-Preis für grauen Ammoniak eingerechnet.

 

Die Ammoniak-Synthese ist bei den derzeitigen Projekten identisch.

Für die grünen Wasserstoffkosten gibt es viele Studien und einen eigenen Thread, idR geht man bei Massenproduktion und Großanlagen in optimalen Regionen von 1 .. 2 €/kgH2 aus. Ideal benötigt man bei der Dampfreformierung energetisch 39 kWh Methan (60 .. 70 % Wirkungsgrad) für 1 kg H2. Die Elektrolyse hat einen höheren Wirkungsgrad und man spart auch etwas Kosten wenn man den Wasserstoff nicht aus Syngas abtrennen muß.

 

Die Gestehungskosten für Wasserstoff mittels zentraler Erdgasreformierung liegen aktuell bei 1 bis 2

Euro/kg.

 

Es sollen staaliche Ausschreibungen für grünen Wasserstoff stattfinden, der dann vermutlich nennenswert in Form von Ammoniak angeliefert wird.

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juliusjr
Posted · Edited by juliusjr

Danke reko! Interessant! (Ich denk mal die benötigen trinkwasser und kein salzwasser - aber ok ein Atomkraftwerk braucht auch einiges an wasser zur kühlung)

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reko
Posted · Edited by reko
vor 1 Stunde von juliusjr:

Danke reko! Interessant! (Ich denk mal die benötigen trinkwasser und kein salzwasser)

Es gibt auch Elektrolyse mit Salzwasser (Offshore-Elektrolyse). Meist werden in MENA aber Meerwasserentsalzungsanlagen und die besser entwickelte Süßwasserelektrolyse vorgesehen.

Auch zur Dampfreformierung braucht man Wasser. Etwa die Hälfte des Wasserstoffs kommt aus dem Wasser.

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