Die Produktion von Ammoniak, einem zentralen Bestandteil von Düngemitteln, könnte in Zukunft dezentralisiert werden, was erhebliche Vorteile für die Umwelt und die Wirtschaft mit sich bringen würde. Eine neue globale Studie, an der das Paul Scherrer Institut (PSI), die ETH Zürich und die Carnegie Institution for Science aus Stanford beteiligt sind, hat untersucht, unter welchen Bedingungen und an welchen Standorten kleine Ammoniakfabriken wirtschaftlich und klimafreundlich operieren können.
Ammoniak ist eine der bedeutendsten Chemikalien weltweit. Seine Bedeutung zeigt sich besonders in der Landwirtschaft, wo er als Basis für Düngemittel dient, die für die Nahrungsmittelproduktion unerlässlich sind. Derzeit wird Ammoniak in großen Industrieanlagen hergestellt und über weite Strecken transportiert. Dies führt nicht nur zu hohen Logistikkosten, sondern auch zu einem erheblichen ökologischen Fußabdruck, da die traditionelle Produktion mit hohen Treibhausgasemissionen verbunden ist.
Das klassische Haber-Bosch-Verfahren, das zur Herstellung von Ammoniak verwendet wird, setzt Stickstoff aus der Luft und Wasserstoff ein, wobei letzterer in der Regel aus Erdgas gewonnen wird. Dieser Prozess trägt schätzungsweise zwischen ein und zwei Prozent der globalen Treibhausgasemissionen bei, da bei der Umsetzung große Mengen Kohlendioxid freigesetzt werden. Eine umweltfreundlichere Alternative ist die Elektrolyse, bei der Wasser durch erneuerbare Energien in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Die Verwendung von grünem Wasserstoff zur Ammoniakproduktion könnte die Emissionen erheblich reduzieren.
Die Forscher des PSI und ihrer Partner haben die Machbarkeit von kleinen, modularen Ammoniakproduktionsanlagen untersucht, die bei niedrigeren Temperaturen und Drücken arbeiten und somit besser mit erneuerbaren Energiequellen gekoppelt werden können. Diese dezentralen Anlagen könnten nicht nur die Emissionen senken, sondern auch die Abhängigkeit von globalen Lieferketten reduzieren, was sich in Krisenzeiten als vorteilhaft erweisen könnte. Beispielhaft wurde dies durch die aktuellen Preisschwankungen bei Düngemitteln aufgrund geopolitischer Spannungen verdeutlicht.
Die Studie analysierte rund 13.000 Szenarien weltweit, um herauszufinden, wo diese Mini-Fabriken sinnvoll platziert werden könnten. Die Ergebnisse zeigen, dass der Standort und die Energiequelle entscheidend für die Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit sind. Hybridanlagen, die eine Kombination aus lokal erzeugtem Strom und Netzstrom nutzen, schneiden dabei am besten ab. Obwohl netzunabhängige Anlagen die geringsten Emissionen aufweisen, sind sie oft teurer, da sie größere Speicher und umfassendere erneuerbare Infrastrukturen benötigen.
In Regionen mit günstigen Strompreisen und einem Überangebot an erneuerbaren Energien, wie beispielsweise China und den Niederlanden, können diese neuen Produktionsmethoden bereits wettbewerbsfähig werden. Dennoch warnen die Forscher davor, eine automatische Klimafreundlichkeit für elektrisch produzierten Ammoniak anzunehmen, insbesondere in Gebieten, in denen der Netzstrom überwiegend aus fossilen Brennstoffen stammt.
Für Länder wie die Schweiz, die derzeit Ammoniak und Düngemittel importiert, könnte die Errichtung lokaler Produktionsstätten eine interessante Perspektive darstellen. Die Schweiz profitiert von einem relativ sauberen Strommix, der aus Wasser- und Kernkraft besteht, was die CO₂-Emissionen bei der Ammoniakproduktion weiter senken könnte. Mit sinkenden Kosten für Elektrolyseure und erneuerbare Technologien könnte die wirtschaftliche Attraktivität dezentraler Anlagen bis 2050 erheblich steigen.
Die Umsetzung dieser Technologien erfordert jedoch umfassende Investitionen sowie politische Unterstützung zur Schaffung stabiler Rahmenbedingungen für die Dekarbonisierung der Industrie. Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass mit einer gezielten Strategie zur Entwicklung von lokal produzierten Düngemitteln nicht nur ökologische, sondern auch ökonomische Vorteile erzielt werden können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die lokale Ammoniakproduktion ein vielversprechender Ansatz ist, um die Herausforderungen der globalen Landwirtschaft in Bezug auf Nachhaltigkeit und Versorgungssicherheit zu bewältigen. Die fortschreitende Forschung in diesem Bereich könnte dazu beitragen, die Landwirtschaft umweltfreundlicher und resilienter zu gestalten.
