Ammoniak im Tank – die Alternative zu Wasserstoff und Elektrifizierung?
Ammoniak als Pkw-Kraftstoff bietet Potenziale, aber auch eine Reihe technischer Herausforderungen. Fraunhofer IMM und First Ammonia Motors haben nun einen alten Chevy mit einem solchen Motor ausgerüstet.
Der Ammoniak-Motor von Fraunhofer IMM und First Ammonia Motors läuft in einem 1993er Chevrolet.
Foto: First Ammonia Motors
Die Defossilisierung des Verkehrs erfordert neben batterieelektrischen Lösungen und Wasserstoff auch alternative Energieträger. Wasserstoff bietet zwar hohe gravimetrische Energiedichte, stellt jedoch erhebliche Anforderungen an Speicherung und Transport.
Ammoniak (NH₃) rückt daher zunehmend in den Fokus. Es verflüssigt sich bereits bei −40 °C oder etwa 9 bar und ist damit deutlich einfacher als Wasserstoff handhabbar. Zudem existiert eine globale NH₃-Infrastruktur aus der Düngemittelindustrie. In der Forschung gilt Ammoniak als „vielversprechender alternativer Kraftstoff“ mit breiter Verfügbarkeit und CO₂-freier Verbrennung .
Verbrennungseigenschaften und Cracker-Konzept
Die direkte Nutzung von Ammoniak in Verbrennungsmotoren ist technisch jedoch sehr anspruchsvoll. Hauptursachen sind die geringe Flammgeschwindigkeit und die hohe Zündtemperatur von ca. 630 °C.
Ein Lösungsansatz ist das sogenannte Cracken von Ammoniak an Bord. Dabei wird das NH3 thermokatalytisch in Wasserstoff (H₂) und Stickstoff (N₂) gespalten. Der erzeugte Wasserstoff dient dann als Zündbeschleuniger, es entsteht ein Gemisch mit verbesserten Verbrennungseigenschaften. Dieses Prinzip wurde nun erstmals konsequent in ein Fahrzeug integriert.
Demonstrator: Ammoniakbetriebener Ottomotor
Ein Gemeinschaftsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM) und First Ammonia Motors demonstriert einen vollständig mit Ammoniak betriebenen Ottomotor. Ein umgerüsteter Chevrolet Pickup von 1993 absolvierte 2025 eine Probefahrt ohne fossile Zusatzkraftstoffe. Ein Bestandteil ist ein integrierter, mikrostrukturierter Ammoniak-Cracker, die katalytische Spaltung wird beim Start elektrisch initiiert. Im Fahrbetrieb wird die Abwärme des Motors genutzt, um Ammoniak katalytisch zu spalten und so an Bord den Wasserstoff als Zusatzkraftstoff zu erzeugen. Als Abgase entstehen Wasserdampf und Stickstoff.
Der Ansatz ermöglicht einen autarken Betrieb: Nach der Startphase ist keine externe Energiezufuhr mehr nötig. Dies stellt einen wesentlichen Fortschritt gegenüber bisherigen Dual-Fuel-Konzepten dar.
Systemische Vorteile von Ammoniak gegenüber Wasserstoff
Kohlenstofffreier Ammoniak als Kraftstoff bietet Vorteile gegenüber Wasserstoff. Einer davon ist die Abwärme des Motors, die genutzt wird, um NH₃ zu spalten und so an Bord Wasserstoff als Zusatzkraftstoff zu erzeugen. Als Abgase entstehen Wasserdampf und Stickstoff. Etablierte Infrastrukturen können genutzt werden, die Druck- und Temperaturanforderungen sind vergleichsweise moderat. Ein Tankvorgang ist damit vergleichbar mit dem von konventionellen Kraftstoffen. Des Weiteren ist eine Sektorkopplung für den Einsatz in Schwerlastverkehr, in der Schifffahrt und in Industrieprozessen möglich. Gerade in schwer elektrifizierbaren Anwendungen gilt Ammoniak als aussichtsreiche Option. So hat etwa Hyundai Anfang April die weltweit ersten Tanker mit Ammoniak-Antrieb eingeweiht, weitere sind bestellt.
Emissionsverhalten und technische Hürden
Doch trotz CO₂-freier Verbrennung bestehen erhebliche Herausforderungen bei einem Betrieb mit Ammoniak. Abgesehen davon, dass wegen der nur halb so großen Energiedichte von Ammoniak im Vergleich Diesel oder Benzin der Tank etwa doppelt so groß sein muss, machen auch die Emissionen von Stickoxiden Kopfzerbrechen. Fahrzeuge mit einem solchen Antrieb müssen daher eine komplexe Abgasnachbehandlung besitzen. Zudem ist reines Ammoniak giftig, ein Auslaufen des Tanks – etwa nach einem Unfall – könnte problematisch sein.
Sicherheitsaspekte und Emissionsverhalten als Herausforderung
Ammoniak hat nach Angaben der Experten des Projekts durchaus das Potenzial, sich als kohlenstofffreier Energieträger in Nischen und schwer elektrifizierbaren Anwendungen zu etablieren. Der demonstrierte reine Ammoniak-Ottomotor mit integriertem Cracker soll dabei für die technologische Machbarkeit stehen. Die industrielle Umsetzung hängt jedoch maßgeblich von der Lösung der Emissionsproblematik, der sicheren Handhabung sowie der nachhaltigen Herstellung von Ammoniak ab.
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