Energie
Der andere Wasserstoffbrennstoff – Top 5 grüne Ammoniak-Aktien
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Die Suche nach einem Ersatz für flüssige Kraftstoffe
Mit dem Ausbau von Wind- und Solarenergie wächst wegen ihrer schwankenden Erzeugung der Bedarf an Speicherung und Flexibilität. Batterien sind eine Möglichkeit, die wir im Artikel „Die Zukunft der Energiespeicherung — Batterietechnik im Großmaßstab“ untersucht haben.
Manche Anwendungen lassen sich besonders schwer elektrifizieren, etwa die Langstreckenschifffahrt und die Luftfracht.
Im Straßengüterverkehr sind Batteriegewicht, Ladeinfrastruktur und Fertigungskapazitäten insbesondere auf langen Strecken Herausforderungen. Die Elektrifizierung hatte 2023 aber bereits begonnen: Die ersten Tesla (TSLA ) Semi wurden im Dezember 2022 ausgeliefert.
Benzin, Diesel und Kerosin enthalten je Kilogramm deutlich mehr chemische Energie als Batterien. Ein vollständiger Vergleich muss auch den Wirkungsgrad des Antriebs berücksichtigen.
Deshalb sind flüssige Alternativen zu Erdölprodukten interessant. Biokraftstoffe werden aus erneuerbarer Biomasse hergestellt und können fossilen Kraftstoffen ähneln; Zusammensetzung und Umweltwirkung sind jedoch nicht bei allen gleich. Das Thema behandeln wir in „Biokraftstoff aus Algen: die nächste Energierevolution?“.
Eine weitere Idee ist Wasserstoff als Energieträger. Er ist das häufigste Element im Universum, doch wirtschaftliche Herstellung, Verflüssigung, Transport und Speicherung bleiben schwierig.
Wasserstoff lässt sich auch in chemischen Verbindungen speichern, nicht nur als H2-Gas. Stickstoff, der ungefähr 78 % der Luft ausmacht, kann mit ihm zu Ammoniak reagieren.
Ammoniak als Energieträger
Einfache Chemie
Ammoniak, NH3, dient der Düngemittelherstellung und kann bei Verbrennung oder Oxidation Energie freisetzen. Die ideale vollständige Verbrennung zu Stickstoff und Wasser lautet:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O
Bei dieser idealen Reaktion entsteht wie bei der Verbrennung reinen Wasserstoffs kein direktes CO2. Reale Verbrennung kann jedoch Schadstoffe erzeugen; Ammoniak selbst ist giftig und erfordert sichere Handhabung.
Flüssiges Ammoniak lässt sich bei wesentlich weniger extremen Temperaturen und Drücken lagern als flüssiger Wasserstoff. Die zitierte Analyse nennt 3,83 MWh/m³ gegenüber 2,64 MWh/m³: etwa 45 % mehr Energie je Volumen, nicht je Kilogramm.
Die zitierte Analyse des Kleinman Center berechnet den Energiebedarf zur Verflüssigung von Wasserstoff mit 44,7 % der gespeicherten Energie bei −253 °C (−423°F). Unter den Modellannahmen konnten die Verluste bei saisonaler Speicherung 79 % erreichen. Die Ergebnisse hängen von Dauer und Technik ab; aktive Kühlung kann die Verdampfung begrenzen.
Laut derselben Analyse kann Ammoniak bei Atmosphärendruck durch Abkühlen unter −33 °C oder bei 20 °C durch Druck über 7,5 bar verflüssigt werden. Der genannte Wirkungsgrad von nahezu 99 % betrifft nur diesen Schritt, nicht die gesamte Kette von Strom zu Brennstoff und zurück.
Bestehende Infrastruktur
Ammoniak wird bereits in großen Mengen hergestellt, vor allem für Dünger sowie für Kunststoffe und Sprengstoffe. Industrielle Verfahren und Lieferketten bestehen daher schon. Die konventionelle Herstellung ist allerdings stark von fossilen Rohstoffen und Energie abhängig. Ammoniak gehört zu den am häufigsten produzierten Industriechemikalien.
Eine emissionsarme Ammoniakwirtschaft würde vor allem grünes Ammoniak aus erneuerbarer Energie nutzen. Das unterscheidet sich von folgenden anderen Herstellungswegen:
- Graues oder braunes Ammoniak: Herstellung aus fossilen Rohstoffen ohne CO2-Abscheidung.
- Blaues Ammoniak: fossile Herstellung mit CO2-Abscheidung. Die Klimawirkung hängt auch von Abscheiderate und Methanverlusten ab.
- Rosa Ammoniak: Herstellung mit Kernenergie. Die Farbbegriffe sind nicht einheitlich; Gelb kann auch andere Verfahren bezeichnen.
- Türkises Ammoniak: Wasserstoff aus Methanpyrolyse wird zu Ammoniak verarbeitet. Der dabei anfallende feste Kohlenstoff kann gelagert oder für geeignete Produkte verwendet werden.
Die Analyse nennt für die USA ungefähr 5.000 km Ammoniakleitungen gegenüber 490.000 km Hochdruck-Erdgasleitungen. Bestehende Infrastruktur ist hilfreich, aber ein Ausbau erfordert geeignete Werkstoffe und Sicherheitsmaßnahmen. Ammoniak ist nicht pauschal korrosionsfrei: Werkstoffverträglichkeit und Spannungsrisskorrosion sind ebenfalls zu beachten, auch wenn es andere Probleme als Wasserstoffversprödung sind.
Dafür sind erhebliche Investitionen in Produktion und Infrastruktur nötig. Um im zitierten Szenario die Hälfte des weltweiten Erdgasverbrauchs zu ersetzen, wäre ungefähr die zwanzigfache Ammoniakproduktion erforderlich. Das illustriert die Größenordnung des Szenarios und ist keine Produktionsprognose.
Die Tabelle des Kleinman Center vergleicht mehrere Speicherketten. Für Ammoniak nennt sie ungefähr 42,5–52,3 % zurückgewonnene Energie nach sieben Tagen und 41,8–51 % nach 182 Tagen. Die Obergrenze von 84 % gehört zu komprimiertem Wasserstoff, nicht zu Ammoniak. Die Werte beschreiben die modellierte Kette bis zur zurückgewonnenen Wasserstoffenergie, nicht zwangsläufig ins Netz zurückgespeisten Strom.
Die Grenzen von Ammoniak
Bei realer Ammoniakverbrennung können Stickoxide (NOx), unverbranntes Ammoniak und Lachgas (N2O) entstehen. NOx beeinträchtigen die Luftqualität. N2O ist ein anderes Gas: Sein von der EPA verwendetes Treibhauspotenzial je Kilogramm beträgt über hundert Jahre ungefähr das 273-Fache von CO2. Dieser Wert gilt nicht für sämtliche NOx. Mögliche technische Gegenmaßnahmen sind:
- Grünes Ammoniak zusammen mit fossilem Brennstoff verbrennen. Dadurch verschwinden nicht automatisch alle Emissionen.
- Ammoniak mit Wasserstoff mischen, um die Verbrennung zu unterstützen.
- Ammoniak bei Bedarf am Nutzungsort, etwa einer Tankstelle, in Stickstoff und Wasserstoff spalten. Das Verfahren heißt Cracken.
- Geeignete Brennstoffzellensysteme zur Stromerzeugung für einen Elektromotor einsetzen, direkt aus Ammoniak oder nach dessen Umwandlung zu Wasserstoff.
- NOx durch Abgasnachbehandlung reduzieren. Ein Beispiel ist NOx-Speicherkatalyse mit Platin, Palladium oder Rhodium. Nicht jede Lösung benötigt diese Metalle: Auch Kupferzeolithe und vanadiumhaltige SCR-Katalysatoren werden verwendet. Kosten und Materialbedarf hängen vom System ab.
Ein Klimavorteil erfordert daher die Kontrolle der Herstellungsemissionen sowie von NOx, N2O und Ammoniakverlusten beim Einsatz. Sämtliche NOx als ein Treibhausgas mit identischem Erwärmungspotenzial zu behandeln, ist falsch.
Ammoniak als Wasserstoffträger
Ammoniak kann wieder in Stickstoff und Wasserstoff gespalten werden. Deshalb kann es auch dort als Wasserstoffträger dienen, wo direkte Verbrennung ungeeignet ist.
In dieser Kette wird Ammoniak für Speicherung und Transport sowie bestimmte direkte Anwendungen genutzt. Nach dem Cracken lässt sich der Wasserstoff reinigen und gegebenenfalls für Brennstoffzellen oder geeignete Motoren komprimieren. Auch diese Schritte verbrauchen Energie.
Je nach Auslegung und Anwendung ergeben sich folgende mögliche Vorteile:
- Weniger extreme Bedingungen für die Verflüssigung als bei Wasserstoff und die Möglichkeit, erneuerbare Energie zur Herstellung einzusetzen.
- Günstigen Strom bei reichlicher Wind- und Solarerzeugung nutzen, um die Herstellungskosten zu senken.
- Mehrmonatige Brennstofflager können Energieversorgung und Transport widerstandsfähiger machen. Bei Stromausfall können Vorräte Rettungswagen und Lieferketten unterstützen, sofern Brennstoffanlagen und Verteilung ebenfalls funktionsfähig bleiben.
- Überschüsse aus sonnigen oder windreichen Monaten für Zeiten mit geringerer erneuerbarer Erzeugung aufbewahren.
Ein strikter Gegensatz zwischen einer Ammoniak- und einer Wasserstoffwirtschaft kann daher irreführend sein.
Ein mögliches Szenario ist eine Kombination von Ammoniak und Wasserstoff, bei der jeder Energieträger entsprechend seinen Eigenschaften eingesetzt wird:
- Ammoniak für den Transport des Energieträgers, langfristige Speicherung und die Nutzung vorübergehender Stromüberschüsse.
- Wasserstoff für direkte Nutzung, kürzere Speicherung und bestimmte Industrieprozesse wie die Stahlherstellung. Flugzeugtriebwerke erfordern weitere technische Entwicklung.
Kernkraftwerke könnten neben der Elektrifizierung des Verkehrs ebenfalls Emissionen senken, indem sie kohlenstoffarme Energie für rosa Ammoniak bereitstellen.
Der Weg zu einer Ammoniakwirtschaft
Der Zeitpunkt einer breiten Einführung bleibt unsicher. Die 2023 diskutierten Studien beschrieben großmaßstäbliche grüne Herstellung als zweite Generation, möglicherweise ab 2030. Das war ein Entwicklungsszenario, kein fester Termin für den kommerziellen Durchbruch.
Effizientere Herstellung mittels direkter elektrochemischer Reduktion wurde in dem Szenario als dritte Generation gegen Ende der 2030er-Jahre eingeordnet. Technik und geeignete Elektrokatalysatoren waren noch in Entwicklung.
Quelle: Science Direct
Die Erwartungen an grünes Ammoniak waren hoch. Eine Marktprognose aus 2023 erwartete Wachstum von rund 300 Millionen US-Dollar im Jahr 2023 auf 17,9 Milliarden im Jahr 2030, entsprechend etwa 72,9 % durchschnittlichem jährlichem Wachstum (CAGR). Das war eine historische Schätzung, kein realisiertes oder garantiertes Wachstum.
Top 5 grüne Ammoniak-Aktien
Diese Liste behandelt Unternehmen rund um grünes Ammoniak oder grünen Wasserstoff. Auch bestehende große Ammoniakhersteller wie CF Industries Holdings, Inc. (CF ) (CF) oder Yara International ASA (YAR.OL) können bei einer emissionsärmeren Ausrichtung ihrer Produktion relevant werden.
1. Aker Horizons ASA (AKH.OL)
Aker Horizons war 2023 das auf grüne Energie ausgerichtete Unternehmen im norwegischen Aker-Konzern. Der Konzern war unter anderem in erneuerbarer Energie, Schifffahrt und Offshoregeschäften tätig.
Quelle: Aker
Aker Horizons war eine Holding mit Beteiligungen an erneuerbarer Energie, CO2-Abscheidung und der Entwicklung von Wasserstoffprojekten.
Quelle: Aker
Das Unternehmen entwickelte Wasserstoff- und grüne Ammoniakprojekte, unter anderem zur Emissionssenkung in der arktischen Schifffahrt. Entwicklung bedeutete nicht, dass alle geplanten Anlagen bereits produzierten.
Quelle: Aker
Es war kein reines Ammoniakunternehmen. Das Portfolio umfasste unterschiedliche Stufen von erneuerbarem Strom bis zu Wasserstoff und geplanter Ammoniakproduktion. Der Artikel nannte außerdem Abfallenergie in Frankreich, Biomasse in Deutschland und CO2-Abscheidung in Saudi-Arabien und den Vereinigten Arabischen Emiraten.
Die Investmentthese des Artikels von 2023 war, dass diese Breite Zugang zu mehreren Energietechniken und Regionen bot. Umsetzung und Finanzierung der Projekte blieben entscheidend.
2. Plug Power Inc. (PLUG)
Plug Power (PLUG ) arbeitet an Brennstoffzellen und grünem Wasserstoff. Der Artikel nannte als historische Angaben mehr als 40.000 Gabelstapler mit seinen Brennstoffzellen sowie den achtfachen Umsatz gegenüber 2013. Das Unternehmen entwickelte auch Wasserstoffproduktion, Logistik, Lieferungen und große Stromversorgungssysteme.
Quelle: Plug Power
In der Präsentation vom Oktober 2023 erwartete Plug durch größere Mengen sinkende Durchschnittskosten für gelieferten Wasserstoff von ungefähr 10 auf 4 US-Dollar je Kilogramm bis 2027. Der Artikel deutete die erwartete Volumensteigerung als etwa vierzehnfach. Das waren Ziele, keine erreichten Ergebnisse.
Quelle: Plug Power
Plug schrieb Verluste und investierte in den Ausbau. Die Präsentation nannte 1.900 % mehr Kapazität zur Gerätefertigung seit 2020, nicht neunzehnmal so viel tatsächliche Wasserstoffproduktion. Für das zweite Halbjahr 2023 wurden rund 730 Millionen US-Dollar Umsatz erwartet, gegenüber rund 470 Millionen im ersten. Es war keine bereits realisierte Verdopplung. Nordamerika bildete einen wichtigen Teil der Tätigkeiten und Pläne.
Plug stellte Wasserstoff als Verkehrskraftstoff und mögliche Ergänzung zu Elektrofahrzeugen dar. Herstellung zu geeigneten Zeiten und Einsatz in Brennstoffzellen können Flexibilität bieten, verursachen aber zusätzliche Energieverluste.
Quelle: Plug Power
Wachsende Wasserstoff- und Ammoniakanwendungen könnten die Nachfrage nach Plug-Produkten erhöhen. Der Schwerpunkt lag auf Wasserstoff und Brennstoffzellen, doch die Präsentation enthielt auch ein Entwicklungsprojekt in Finnland mit Ammoniakproduktion. Jede direkte Verbindung zu Ammoniak auszuschließen, war daher nicht zutreffend.
Der Artikel sah das Unternehmen als mögliche Anlage im Wasserstoffbereich, mit oder ohne Ammoniak als Transportträger. Der Erfolg hängt von Herstellungskosten, Logistik, Speicherung, Nachfrage und Finanzierung ab.
3. Ballard Power Systems Inc. (BLDP)
Ballard stellt ebenfalls Brennstoffzellen her und gehört zu den Pionieren der Technik. Sein erster Brennstoffzellenbus wurde 1993 vorgestellt.
Im Juni 2023 konzentrierte sich Ballard auf Busse, Lastwagen, Züge und Straßenbahnen, Schiffe, Bergbau- und Baumaschinen sowie Stromerzeugung. Bis 2025 erwartete es einen größeren Beitrag der Lastwagen und etwa 50–60 % des Umsatzes aus Europa, gefolgt von Nordamerika mit rund 25 %. Das war die damals erwartete Geschäftsverteilung.
Ballard schätzte den potenziellen Markt für Lastwagen-Brennstoffzellen 2030 auf rund 7,5 Milliarden US-Dollar innerhalb eines gesamten Lastwagenmarktes von rund 195 Milliarden. Die Brennstoffzellenschätzung entsprach ungefähr der Summe der anderen Anwendungen in der betreffenden Tabelle, nicht sämtlichen weltweiten Wasserstoffanwendungen.
Quelle: Ballard
Große Reichweite und schnelles Tanken können Brennstoffzellen für bestimmte schwere Transportaufgaben attraktiv machen. Auf nicht elektrifizierten Bahnstrecken können sie Oberleitungen vermeiden. Die Eignung hängt von Strecke und Wasserstoffinfrastruktur ab; gemeint ist Betanken, nicht das schnelle Laden einer Batterie.
Quelle: Ballard
Ein konkretes Beispiel war der Vertrag vom 8. Dezember 2022 mit Amogy über zunächst drei maritime FCwave-Brennstoffzellen mit jeweils 200 kW. Amogys System spaltet Ammoniak zu Wasserstoff; die PEM-Brennstoffzellen erhalten kein Ammoniak direkt.
Der Artikel sah schwere Transporte als mögliche Chance für Ballard in einer wachsenden Wasserstoffwirtschaft. Die Entwicklung hängt von Infrastruktur, Kosten und Aufträgen ab und folgt nicht automatisch aus politischer Unterstützung.
4. FuelPositive Corporation (NHHHF)
FuelPositive entwickelte das modulare, in Containern untergebrachte FP300 für grüne Ammoniakproduktion vor Ort, zunächst in der Landwirtschaft. Genannt wurden bis zu 300 kg täglich beziehungsweise rund 100 metrische Tonnen jährlich und ein anfänglicher Basispreis von 950.000 kanadischen Dollar. Der Endpreis hing von der Konfiguration ab.
Quelle: Fuel Positive
Das Unternehmen verwendete eine Farm mit 1.800 Acres, rund 728 Hektar, als Beispiel. In seiner Präsentation beanspruchte eine Solaranlage mit etwa 1 MW samt Speicherung beispielhaft 1,5 Acres, rund 0,61 Hektar. Das war ein Unternehmensbeispiel, keine Garantie, dass diese Fläche in jedem Klima den Produktionsbedarf deckt.
Quelle: Fuel Positive
FuelPositive schätzte die Betriebskosten auf ungefähr 560 kanadische Dollar pro Tonne, abhängig vom Strompreis. Das war nicht der Gesamtpreis einschließlich Anlagenkauf. Lokale Produktion könnte die Abhängigkeit von Marktpreisschwankungen reduzieren, aber nicht jedes Risiko beseitigen. Der Artikel erwähnte einen historischen Ammoniakpreis von bis zu 1.350 Dollar pro Tonne in einem bestimmten Zeitraum.
Quelle: BusinessAnalitIQ
Das Unternehmen befand sich 2023 noch in einer frühen Phase. Ziele der Hauptversammlung waren die Formalisierung der ersten 30 Systemaufträge und der Betrieb einer neuen Fabrik Anfang 2025. Das belegte nicht 30 bereits bestätigte Aufträge. Die erste Lieferung im März oder Frühjahr 2024 war damals geplant, nicht schon erfolgt.
Der Artikel hob den modularen Aufbau hervor, der dezentrale Produktion und standardisierte Anlagenfertigung unterstützen könnte.
FuelPositive entwickelte eine Zusammenarbeit mit Cipher Neutron, das Elektrolyseure mit Anionenaustauschmembran ohne Metalle der Platingruppe entwickelte.
Der erste Zielmarkt war Dünger. Ein Einsatz als Treibstoff für Landmaschinen würde geeignete Motoren oder Wasserstoffsysteme und entsprechende Infrastruktur erfordern.
Der dezentrale, modulare Ansatz könnte später auch einen Markt für Ammoniak als Energieträger bedienen. Düngemittel waren das erste Feld kommerzieller Entwicklung vor breiteren Energieanwendungen.
5. AmmPower Corp. (AMMPF)
AmmPower entwickelte ebenfalls modulare Anlagen. Die Auslegungskapazität des IAMM betrug vier metrische Tonnen Ammoniak täglich. Zielgruppen waren Farmen über 10.000 Acres, rund 4.047 Hektar, und Industrien wie Textilien, Kühlung, Bergbau, Pharma und Halbleiter. Die Nennkapazität bedeutete nicht, dass bereits eine große Anlagenflotte installiert war.
Quelle: AmmPower
Der Artikel nannte damals kurzfristige potenzielle Aufträge von 30 Millionen Dollar und Verkaufsaussichten für 690 Systeme in 52 Ländern. Das waren Geschäftsmöglichkeiten, keine bestätigten Verträge oder realisierten Umsätze.
Die Schätzung von 360 Dollar pro Tonne bezog sich nur auf Strom, nicht auf sämtliche Produktions-, Wartungs- und Kapitalkosten.
Der modulare Ansatz zielte auf Lieferung in weniger als einem Jahr statt drei oder vier Jahren bei manchen konventionellen Projekten. Das war ein Entwicklungsziel; die tatsächliche Dauer hing auch von Projekt und Genehmigungen ab.
Am 15. Juni 2023 kündigte AmmPower eine Joint-Venture-Vereinbarung mit CTEC Energy Sales USA zur Nutzung von Abfällen für Ammoniakproduktion an. Die vorgeschlagene Kette sollte Wasserstoff und Strom aus Abfällen für die IAMM-Syntheseanlagen nutzen.
Der Artikel erwähnte außerdem den Plan einer eigenen Tochtergesellschaft zum Cracken von Ammoniak zu Wasserstoff mit gesonderter Finanzierung. Die Technik war in Entwicklung, nicht im kommerziellen Maßstab nachgewiesen.
AmmPower zielte auf Industriekunden und große Farmen mit vergleichsweise gutem Kapitalzugang. Ammoniaksynthese und -spaltung könnten Chancen in einem Wasserstoffmarkt eröffnen; der Ausbau hing aber von Finanzierung, technischem Fortschritt und tatsächlichen Aufträgen ab.
