Düngerproduktion vor Ort: Potenziale und Herausforderungen kleiner Ammoniakanlagen
Ammoniak ist eine zentrale Chemikalie für die Herstellung von Düngemitteln und gewinnt zudem als potenzieller Schiffskraftstoff an Bedeutung. Derzeit erfolgt die Produktion überwiegend in großen Industrieanlagen mit anschließender weltweiter Distribution. Eine aktuelle Studie, an der das Paul Scherrer Institut (PSI), die ETH Zürich sowie die Carnegie Institution for Science in Stanford beteiligt waren, untersucht die Möglichkeiten und Rahmenbedingungen für dezentrale, kleinere Ammoniakanlagen, die näher am Verbrauchsort betrieben werden könnten.
Dezentrale Produktion: Vorteile und Voraussetzungen
Tom Terlouw, Wissenschaftler am PSI und Erstautor der Untersuchung, erläutert, dass solche Mini-Fabriken Lieferketten verkürzen, Emissionen reduzieren und die Versorgungssicherheit erhöhen können. Allerdings sei ihre Klimaverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit stark vom Standort und der Energiequelle abhängig.
In der Studie wurden weltweit rund 13.000 Szenarien analysiert, um geeignete Standorte und Bedingungen zu identifizieren. Die betrachteten Regionen reichen von Europa über Asien bis Afrika und Australien.
Technologische Grundlagen: Elektrifizierung des Haber-Bosch-Verfahrens
Die konventionelle Ammoniakherstellung nach dem Haber-Bosch-Verfahren verursacht etwa 1–2 % der globalen Treibhausgasemissionen, da der hierfür benötigte Wasserstoff meist aus Erdgas gewonnen wird, was CO₂-Emissionen zur Folge hat.
Eine klimafreundlichere Alternative besteht in der Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse, bei der Wasser mit Strom aus erneuerbaren Quellen in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten wird. Dieser grüne Wasserstoff kann dann zur Ammoniakproduktion verwendet werden.
Kleinere, modulare Anlagen arbeiten bei niedrigeren Drücken und Temperaturen als Großanlagen und lassen sich besser mit erneuerbaren Energien koppeln. Dadurch können Emissionen verringert und die Abhängigkeit von globalen Lieferketten reduziert werden, was angesichts geopolitischer Spannungen von Bedeutung ist.
Standortabhängigkeit und Energiequellen
Die Umstellung auf elektrolytisch erzeugten Wasserstoff erfordert erhebliche Mengen an Strom. Daher ist es entscheidend, die Anlagen dort zu errichten, wo eine ökologische und ökonomische Effizienz gegeben ist.
Hybridanlagen, die lokale Wind- und Solarenergie mit Netzstrom kombinieren, zeigen die besten Ergebnisse. Reine Netzunabhängigkeit führt zwar zu geringeren Emissionen, ist jedoch derzeit oft mit höheren Kosten verbunden, da größere Speicherkapazitäten und erneuerbare Anlagen erforderlich sind.
Die Studie weist darauf hin, dass Ammoniak aus Elektrolyse derzeit noch teurer ist als konventionell hergestellter Ammoniak, jedoch in Regionen mit günstigen Strompreisen und umfangreichen erneuerbaren Ressourcen, wie China und den Niederlanden, wettbewerbsfähiger wird.
Ein kritischer Punkt ist die Herkunft des Netzstroms: In Ländern mit kohlebasiertem Strommix, beispielsweise Polen oder Südafrika, kann die Klimabilanz der Elektrolyse-Ammoniakproduktion schlechter sein als bei der traditionellen Herstellung.
Lebenszyklusanalyse und Umweltbilanz
Die Untersuchung berücksichtigt neben den direkten Emissionen auch den gesamten Lebenszyklus, inklusive der Herstellung von Elektrolyseuren, erneuerbaren Energieanlagen sowie Speichersystemen.
Perspektiven für Europa und die Schweiz
Die Schweiz verfügt derzeit über keine eigene industrielle Ammoniakproduktion und importiert sowohl fertige Düngemittel als auch Rohstoffe hauptsächlich aus Nachbarländern. Lokale Produktionsanlagen könnten aufgrund des überwiegend CO₂-armen Schweizer Strommixes aus Wasser- und Kernkraft von Vorteil sein.
Bis 2050 wird erwartet, dass die Wirtschaftlichkeit der elektrolytischen Ammoniakherstellung durch sinkende Kosten für Elektrolyseure, Speichertechnologien und erneuerbare Energien deutlich verbessert wird. Voraussetzung für eine breite Umsetzung sind jedoch Investitionen, verbindliche CO₂-Standards und ein stabiles politisches Umfeld zur Unterstützung der Industrie-Dekarbonisierung.
Kontakt und weiterführende Informationen
- Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Tom Terlouw
PSI Center for Nuclear Engineering and Sciences
PSI Center for Energy and Environmental Sciences
Paul Scherrer Institut PSI
Telefon: +41 56 310 58 37
E-Mail: tom.terlouw@psi.ch - Originalpublikation:
Terlouw, T., Bauer, C., Burgherr, P., McKenna, R., Rosa, L. (2026). Haber-Bosch 2.0 for low-carbon ammonia production: A global techno-economic and environmental assessment. Energy & Environmental Science. DOI: 10.1039/d6ee01125j - Weitere Informationen:
Paul Scherrer Institut – Medienmitteilung
Über das Paul Scherrer Institut (PSI)
Das PSI ist das größte Forschungsinstitut der Schweiz mit rund 2.300 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von etwa 450 Millionen CHF. Es entwickelt und betreibt komplexe Forschungsanlagen und fokussiert sich auf Zukunftstechnologien, Energie und Klima, Gesundheitsinnovationen sowie Naturwissenschaften. Ein bedeutender Anteil der Belegschaft besteht aus Nachwuchswissenschaftlern und Lernenden. Das PSI ist Teil des ETH-Bereichs, zu dem auch die ETH Zürich, ETH Lausanne sowie die Forschungsinstitute Eawag, Empa und WSL gehören.
