Hydraulik-Membran-Dosierpumpen für eine Ammoniak-Crackinganlage

Fossile Energieträger wie Kohle und Gas sind klimaschädlich und müssen ersetzt werden. Klimaneutraler Energieträger der Zukunft ist vornehmlich grüner Wasserstoff. Er dient als Rohstoff für industrielle Prozesse, als Energiespeicher und als Brennstoff. Das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) rechnet für 2030 mit einem Gesamtwasserstoffbedarf von 95 bis 130 TWh. Für Energieerzeuger und Gasindustrie ist grüner Wasserstoff deshalb ein wichtiges Thema. Die Arbeit mit einer neuen Technologie wirft allerdings technische Fragen auf.

Der weite Weg zum grünen Wasserstoff

Um Wasserstoff zu erzeugen, wird Wasser (H2O) per Elektrolyse in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) aufgespalten. Dieser Prozess benötigt große Mengen Strom, und nur wenn der Strom aus CO2-neutralen Energiequellen stammt, wird der entstandene Wasserstoff als grün bezeichnet. In Europa gibt es allerdings nicht genügend Sonne und Wind, um grünen Strom in ausreichender Menge zu erzeugen. Deshalb geht das BMWK davon aus, dass Deutschland grünen Wasserstoff zum größten Teil – 50 bis 70 % – aus sonnen- und windreichen Ländern meist außerhalb Europas beziehen wird.

Das bedeutet: Der Wasserstoff muss nach Europa gebracht werden, und das geht nur auf dem Seeweg. Für den Transport per Schiff muss der gasförmige Wasserstoff zum Verflüssigen allerdings auf -252 °C herabgekühlt werden, was einen hohen Energie- und Kostenaufwand erzeugt. Darum bietet es sich an, den Wasserstoff zum Transport in Ammoniak (NH3) umzuwandeln: Ammoniak ist ungefährlicher, schon bei -33 °C flüssig und enthält etwa 1,7-mal mehr Wasserstoff pro Kubikmeter als flüssiger Wasserstoff. In Ammoniak verpackt lässt sich dieselbe Wasserstoffmenge also mit geringerem Energieaufwand transportieren.

Am Ziel wird der Wasserstoff durch Cracking wieder zurückgewonnen. Ammoniak wird bei rund 900 °C in Wasserstoff und Stickstoff (N2) zerlegt, der frei werdende Stickstoff wird aufgefangen, der Wasserstoff bei Bedarf noch gereinigt. Obwohl auch das Cracking viel Energie benötigt, hat grüner Wasserstoff mit Ammoniak als Träger bei langen Transportstrecken unter dem Strich eine vorteilhafte CO2-Bilanz. Die ersten Crackinganlagen für grünen Wasserstoff gibt es bereits in Europa, eine weitere Anlage geht 2024 in Betrieb – mit Technik von Prominent.

Ammoniak-Cracking unter harten Bedingungen

Die Pumpen des Herstellers in der neuen Crackinganlage dosieren das aufzuspaltende Ammoniak sowie demineralisiertes Wasser. In den Planungsgesprächen mit dem Anwender arbeitete der Hersteller die technischen Anforderungen an die Pumpen heraus. Das Ammoniak soll mit einer Geschwindigkeit von 300 bis 3.000 l/h bei einem Druck von 40 bar gefördert werden, damit es flüssig bleibt. Für das demineralisierte Wasser wiederum ist eine Geschwindigkeit von 60 bis 600 l/h bei einem Druck von 35 bar nötig. Die Auslegungs- oder Design-Temperatur soll zwischen -35 °C und 85 °C liegen. Alle Pumpen und Komponenten müssen Atex-Anforderungen für den Explosionsschutz erfüllen und im Außenbereich einsetzbar sein. Zudem wünschte der Anwender sich, dass ausgetretenes Ammoniak im Falle eines Membranbruchs sicher abgeleitet wird.

Pumpenskids als praktische Plug-and-Play-Lösung

Aufgrund dieser Anforderungen wählte das Projektteam des Herstellers die Hydraulik-Membran-Dosierpumpe Orlita Evolution 4 aus. Diese Pumpe deckt das Leistungsspektrum ab und ist für harsche Bedingungen gemacht. Auf dieser Basis hat der Hersteller für die Ammoniak-Crackinganlage eine Plug-and-Play-Lösung – ein sogenanntes Pumpenskid – entwickelt. Die Skids bestehen aus jeweils einer Orlita Evolution 4 Simplex und Triplex, einer PTFE-Membran und einer Leitung zum Membranbruchsensor mit kombiniertem Absperr- und Entlüftungsventil, damit ausgetretenes Ammoniak sicher abgeleitet werden kann. Die Dosiergenauigkeit ist besser als ±1 %. Ergänzend lieferte der Hersteller jeweils eine Back-up-Pumpe, die etwaige Betriebsunterbrechungen beispielsweise bei Wartungsarbeiten oder Störungen minimiert.

Skids sind eine praktische Plug-and-Play-Lösung, da die Pumpenanlage auf dem Skid-Rahmen bereits einsatzfertig montiert ist, sodass die Installation im Werk schnell erledigt ist.
Grüner Wasserstoff ist unverzichtbar für die klimaneutrale Zukunft. Doch die Technik rund um den Einsatz von Wasserstoff ist noch neu, Unternehmen können oft nicht auf Erfahrungen aus früheren Projekten zurückgreifen. Darum wusste der Anwender, der die Anlage zum Ammoniak-Cracking plante, die Beratung durch einen erfahrenen Pumpenhersteller zu schätzen. Die Beratung bereits in der Angebotsphase war neben der planmäßigen Lieferzeit der entscheidende Faktor für die Auftragserteilung. Zudem analysiert das Vertriebsteam des Herstellers Spezifikationen im Kontext und betrachtet nicht nur eine isolierte Pumpenanlage. Beispielsweise achtet es darauf, dass alle Anschlüsse passend zur Situation vor Ort angeordnet sind.