Ammoniak und Methanol als Wasserstoffderivate – Sichere Förderung für die Speicherung und den Transport grüner Energie

Die Energiewende braucht Speicher

Die Dekarbonisierung der Energieversorgung ist politisch beschlossen und technisch alternativlos. Da Wind- und Sonnenenergie stark schwankt, entstehen zunehmend Differenzen zwischen Erzeugung und Bedarf: An sonnigen oder windreichen Tagen übersteigt das Angebot die Nachfrage, bei Dunkelflaute drohen Engpässe. Bereits jetzt werden Anlagen zeitweise abgeregelt, um die Stromnetze zu entlasten.

Speicher lösen dieses Problem, indem Sie Überschüsse aufnehmen, Abregelungen verhindern und das Netz entlasten. Langzeitspeicher sind entscheidend für die Versorgungssicherheit – so wie heute Gasspeicher.

Wasserstoff als Energieträger – großes Potenzial, große Herausforderungen

Wasserstoff gilt als Schlüsselelement für die Langzeitspeicherung erneuerbarer Energien. Per Elektrolyse wird überschüssiger Strom chemisch gebunden und flexibel nutzbar gemacht.

Wasserstoff besitzt zwar eine hohe gravimetrische Energiedichte, benötigt jedoch große Volumina. Für wirtschaftliche Transporte sind daher hohe Drücke oder eine Verflüssigung erforderlich. Flüssiger Wasserstoff muss bei etwa -253 °C gespeichert werden, was hohe Anforderungen an Behälter, Isolierungen und die gesamte Infrastruktur stellt.

Hinzu kommt die hohe Flüchtigkeit des Moleküls. Wasserstoff diffundiert deutlich leichter durch Dichtungen, Flansche und Werkstoffe als viele andere Energieträger. Dadurch steigen die Anforderungen an Dichtheit und Sicherheit erheblich.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Wasserstoffversprödung. Insbesondere un- und niedriglegierte Stähle können unter Wasserstoffeinfluss an Festigkeit verlieren, wodurch zusätzliche Anforderungen an Werkstoffauswahl und Konstruktion entstehen.

Diese Herausforderungen haben dazu geführt, dass weltweit nach alternativen Möglichkeiten gesucht wird, Wasserstoff einfacher speicher- und transportierbar zu machen.

 

Eigenschaft von H2	Herausforderung für Anlagen und Systeme
Geringe volumetrische Energiedichte	Hoher Speicherbedarf
Flüchtigkeit	Höchste Dichtheitsanforderungen
Verflüssigung	-253 °C erforderlich
Wasserstoffversprödung	Höhere Werkstoffanforderungen

 

Wasserstoffderivate als Brücke zwischen Erzeugung und Nutzung

Eine vielversprechende Lösung besteht darin, Wasserstoff chemisch an andere Moleküle zu binden und dadurch lager- und transportfähig zu machen.

Unter den verschiedenen Optionen werden derzeit insbesondere Ammoniak und Methanol intensiv diskutiert. Beide Stoffe sind bereits heute weltweit etablierte Handelsgüter mit vorhandenen Produktionsstandorten, Speicheranlagen, Tankterminals, Schiffen und Logistiknetzwerken, wenn auch nicht unbedingt in dem Kontext als Energieträger.

Ammoniak – etablierter Wasserstoffträger mit hoher Energiedichte

Ammoniak (NH₃) gehört zu den aussichtsreichsten Wasserstoffderivaten. Das Molekül enthält keinen Kohlenstoff und weist eine hohe Wasserstoffdichte auf. Dadurch eignet sich Ammoniak sowohl als Wasserstoffträger als auch als potenzieller Energieträger für Anwendungen in Industrie, Energieversorgung und Schifffahrt.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass Ammoniak bereits heute in sehr großen Mengen produziert, gelagert und transportiert wird. Die globale Infrastruktur für Produktion, Transport und Umschlag existiert bereits.

Gleichzeitig steht grüner Ammoniak noch am Anfang seiner industriellen Skalierung. Die weltweite Ammoniakproduktion basiert heute weiterhin überwiegend auf fossilen Rohstoffen, insbesondere auf Erdgas und Kohlevergasung. Emissionsarme Herstellungsverfahren machen bislang nur einen sehr kleinen Anteil der globalen Produktion aus. Gerade deshalb gewinnt grüner Ammoniak als Derivat und Speicher- beziehungsweise Transportlösung für grünen Wasserstoff strategisch an Bedeutung.

 Ammoniak ist bei Raumtemperatur gasförmig und wird üblicherweise unter Druck oder bei Temperaturen unter seinem atmosphärischen Siedepunkt von etwa -33 °C verflüssigt. Tritt flüssiges Ammoniak aus einer Anlage oder Leitung aus, verdampft es innerhalb kürzester Zeit. Dabei entstehen große Mengen toxischer Gase, gleichzeitig kann die schnelle Verdampfung zu starker örtlicher Abkühlung führen.

Darüber hinaus ist Ammoniak hochgiftig und stark ätzend. Eine Freisetzung kann Menschen, Anlagen und Umwelt gefährden. Zusätzlich können im Konzentrationsbereich von etwa 14 bis 32 Volumenprozent in Luft brennbare Gemische entstehen.

Für den sicheren Umgang mit Ammoniak ist daher die Vermeidung selbst kleinster Leckagen absolut unerlässlich.

 

Ammoniak auf einen Blick (NH3)
Wasserstoffträger ohne Kohlenstoff
Siedepunkt	-33 °C
Für Speicherung und Transport relevante Eigenschaften	Toxisch und ätzend
Nutzbarkeit/Verwendung	Wasserstoffspeicherung mit hohem Wasserstoffanteil
Vorhandene Infrastruktur	Global etablierte Logistikinfrastruktur

 

Methanol – flüssiger Energieträger mit bestehender Infrastruktur

Neben Ammoniak zählt Methanol (CH₃OH) zu den interessantesten Wasserstoffderivaten.

Methanol ist bereits heute eine der wichtigsten Basischemikalien der Welt. Es wird unter anderem zur Herstellung von Formaldehyd, Essigsäure, MTBE, DME, Pharmaprodukten und zahlreichen weiteren Chemikalien eingesetzt. Gleichzeitig spielt es als Lösungsmittel, Frostschutzmittel und Energieträger eine wichtige Rolle.

Im Gegensatz zu Ammoniak liegt Methanol bei Umgebungstemperatur als Flüssigkeit vor. Dadurch kann es ähnlich wie heutige Kraftstoffe gelagert, transportiert und umgeschlagen werden.

Insbesondere sogenanntes e-Methanol gewinnt für die Wasserstoffwirtschaft an Bedeutung. Es wird aus erneuerbarem Wasserstoff und biogenem beziehungsweise abgeschiedenem CO₂ hergestellt. Dadurch lässt sich erneuerbare Energie in einem einfach handhabbaren flüssigen Energieträger speichern.

Am Zielort kann Methanol entweder direkt genutzt oder durch Reformierungsverfahren wieder in Wasserstoff umgewandelt werden.

Auch Methanol stellt jedoch Anforderungen an die Anlagentechnik. Der Stoff ist giftig, hochentzündlich und bildet mit Luft bereits bei Konzentrationen zwischen etwa 6 und 36,5 Volumenprozent explosionsfähige Gemische. Hinzu kommen seine niedrige Viskosität sowie spezielle Anforderungen an Werkstoffe und besonders an Dichtsysteme.

 

Methanol auf einen Blick (CH3OH)
Wasserstoffträger mit Kohlenstoffatom
Aggregatzustand bei Umgebungstemperatur	Flüssig
Siedepunkt	64,7 °C
Für Speicherung und Transport relevante Eigenschaften	Giftig und hochentzündlich
Nutzbarkeit/Verwendung	e-Fuels und Wasserstoffspeicherung
Vorhandene Infrastruktur	Nutzbar und skalierbar

 

Sichere Förderung als zentrale Voraussetzung

 

 

Der Erfolg von Ammoniak- und Methanolkonzepten hängt nicht nur von ihrer Herstellung ab. Während Ammoniak aus grünem Wasserstoff und nahezu unbegrenzt verfügbarem Luftstickstoff hergestellt werden kann, benötigt Methanol zusätzlich eine nachhaltige Kohlenstoffquelle. Für e-Methanol kommen insbesondere biogenes CO₂, abgeschiedenes Industrie-CO₂ oder CO₂ aus der Luft in Frage. Damit ist nicht der Kohlenstoff an sich knapp, wohl aber die nachhaltige, konzentrierte und wirtschaftlich verfügbare CO₂-Quelle.

Für beide Ansätze ist vor allem die sichere Lagerung, Verladung und Förderung der Medien entlang der gesamten Wertschöpfungskette entscheidend.

Pumpen übernehmen dabei eine zentrale Rolle. Sie fördern die Medien vom Produktionsstandort über Tanklager und Terminals bis hin zu Schiffen, Pipelines, Crackern, Reformern und Verbrauchern.

Typische Förderaufgaben entstehen entlang der gesamten Prozesskette. Dazu gehören die Befüllung und Entleerung von Tanks, die Be- und Entladung von Schiffen, der Transfer in Pipeline-Stationen sowie der Betrieb von Verladeeinrichtungen, Hafen- und Terminalanlagen. Ebenso wichtig ist die zuverlässige Versorgung von Reformierungs- und Crackinganlagen sowie die Zwischenlagerung und Rezirkulation in Power-to-X-Anlagen. Ein Ausfall oder eine Leckage kann dabei weitreichende Folgen haben und die Sicherheit, Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage beeinträchtigen.

Besonders deutlich wird dies am Beispiel von grünem Ammoniak. Die Prozesskette beginnt mit erneuerbarem Strom, der zur Elektrolyse genutzt wird, während Stickstoff aus der Luft gewonnen wird. Anschließend werden Wasserstoff und Stickstoff im Haber-Bosch-Prozess zu Ammoniak umgesetzt. Danach folgen Speicher-, Umschlags- und Transportprozesse über Tanklager, Verladestationen, Export- und Importterminals, Transferstationen und gegebenenfalls Cracker-Anlagen. Dort wird Ammoniak am Zielort wieder in Wasserstoff und Stickstoff gespalten, sodass Wasserstoff genau dort verfügbar wird, wo er benötigt wird.

Aus Sicht der Fördertechnik entstehen in diesen Abschnitten besonders relevante Aufgaben: Tankbefüllung, Tankentleerung, Schiffsbeladung, Pipeline-Transfer, Zwischenlagerung sowie die Versorgung von Crackinganlagen. Ammoniak kann dabei sowohl direkt genutzt werden, etwa in der Düngemittelproduktion, in der Chemie, in der Schifffahrt, in Kraftwerken oder in Industriefeuerungen, als auch als Wasserstoffträger dienen. Entlang dieser gesamten Wertschöpfungskette sind dichte, zuverlässige und mediengerechte Pumpensysteme eine zentrale Voraussetzung für Sicherheit, Verfügbarkeit und Wirtschaftlichkeit.

 

Besondere Anforderungen an Pumpen in Ammoniak- und Methanolanwendungen

Die Eigenschaften von Ammoniak und Methanol stellen hohe Anforderungen an Pumpen, Werkstoffe und Dichtungssysteme. Entscheidend ist nicht allein die hydraulische Auslegung, sondern vor allem die sichere Beherrschung der jeweiligen Stoffeigenschaften im realen Anlagenbetrieb.

Bei Ammoniak ergeben sich besondere Herausforderungen aus dem hohen Dampfdruck, dem niedrigen Siedepunkt und der hohen Toxizität. Bereits geringe Druck- oder Temperaturänderungen können Flashing und Kavitation begünstigen. Gleichzeitig dürfen selbst kleinste Leckagen nicht in die Umgebung gelangen, da austretendes Ammoniak schnell verdampft und gefährliche Gaskonzentrationen bilden kann.

Methanol stellt andere, aber ebenfalls anspruchsvolle Anforderungen. Aufgrund der niedrigen Viskosität sind eine zuverlässige Schmierung, stabile Lagerung und geeignete Dichtsysteme besonders wichtig. Hinzu kommen die hohe Entzündlichkeit, mögliche explosionsfähige Atmosphären sowie die Notwendigkeit, Werkstoffe und Elastomere konsequent auf die Medienbeständigkeit abzustimmen.

Für beide Medien gilt daher: Die Pumpe muss dauerhaft dicht, werkstoffseitig geeignet und betriebssicher ausgelegt sein. Dichtheit, Explosionsschutz, Temperaturführung, NPSH-Betrachtung, Überwachung und Wartungsfreundlichkeit werden damit zu zentralen Kriterien. Nur wenn diese Anforderungen konsequent berücksichtigt werden, können Ammoniak und Methanol sicher, verfügbar und wirtschaftlich entlang der gesamten Power-to-X-Wertschöpfungskette gefördert werden.

Hermetisch dichte Pumpentechnik als Schlüsseltechnologie

Vor diesem Hintergrund gewinnen hermetisch dichte Pumpenkonzepte zunehmend an Bedeutung.

Bei Magnetkupplungspumpen erfolgt die Drehmomentübertragung berührungslos über eine Magnetkupplung. Der Produktraum wird durch einen hermetisch geschlossenen Spalttopf vollständig von der Umgebung getrennt.

Im Gegensatz zu Pumpen mit Gleitringdichtung existiert keine dynamische Wellenabdichtung als potenzieller Leckpfad. Dadurch lassen sich Freisetzungen toxischer, entzündlicher oder umweltkritischer Medien deutlich reduzieren.

Für Betreiber ergeben sich daraus zusätzliche Vorteile: Hermetisch dichte Pumpen erhöhen die Anlagensicherheit, reduzieren Emissionen und senken den Wartungsaufwand. Gleichzeitig tragen sie zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit bei und unterstützen ESG- sowie Nachhaltigkeitsziele. Über den gesamten Lebenszyklus betrachtet können dadurch auch die Betriebskosten deutlich reduziert werden.

 

 

Fazit

Die Energiewende erfordert nicht nur die Erzeugung erneuerbarer Energie, sondern auch leistungsfähige Lösungen für Speicherung, Transport und globale Verfügbarkeit.

Ammoniak und Methanol entwickeln sich dabei zu wichtigen Wasserstoffderivaten, da sie die langfristige Speicherung sowie den weltweiten Transport erneuerbarer Energie ermöglichen und gleichzeitig auf teilweise bestehende Infrastrukturen zurückgreifen können.

Die besonderen Eigenschaften beider Medien stellen jedoch hohe Anforderungen an die Anlagen- und Fördertechnik. Sicherheit, Dichtheit und Verfügbarkeit werden zu entscheidenden Erfolgsfaktoren.

Hermetisch dichte Magnetkupplungspumpen leisten hierzu einen wichtigen Beitrag. Sie unterstützen Betreiber dabei, Leckagen, Emissionen und Sicherheitsrisiken zu minimieren und schaffen damit eine wesentliche Voraussetzung für den erfolgreichen Aufbau einer Wasserstoff- und Power-to-X-Infrastruktur.

 

Artikel in ChemieTechnik

Dueser Artujek erschien in gekürzter Form in der Ausgabe 05/2026 in Magazin der ChemieTechnik und dem Titel Ammoniak und Methanol sicher fördern.