Ammoniak: Risiken beim Cracken im Griff

Alternativ kann man Ammoniak durch Cracken wieder in seine Bestandteile Stickstoff und Wasserstoff spalten – und den entstehenden Wasserstoff in Brennstoffzellen oder direkt als Treibstoff einsetzen. Das Prinzip der Zerlegung von Ammoniak ist ebenfalls erprobt, wenn auch nicht so ausgereift wie der umgekehrte Prozess: Ammoniak wird gasförmig in einen Spaltreaktor geleitet. Dort wird es katalytisch bei Temperaturen zwischen 600 und 900 °C gespalten. Anschließend wird das Produkt gekühlt. Es ist möglich, Nebenprodukte abzutrennen und dadurch reinen Wasserstoff zu erhalten. Zahlreiche Anlagen in unterschiedlichen Skalierungen existieren bereits weltweit – und es entstehen immer mehr. Insbesondere in Europa sind derzeit etliche großskalige Ammoniak-Cracker in Planung oder bereits im Bau.

In der Industrie gilt Ammoniak als Grundchemikalie. Auch für Kühlprozesse wird es verwendet. Die mit ihm verbundenen Gefahren sind dort gut bekannt und werden beherrscht. Für weitere Anwendungen als Energieträger und zur dezentralen Umwandlung in Wasserstoff im nicht industriellen Umfeld sollte man sich vor Augen zu führen, welche Gefahren und Risiken mit seinem Umgang verbunden sind. Nur so kann man sicherstellen, dass man bei seiner Herstellung, bei Lagerung und Transport und bei der Verwendung die nötigen Sicherheitsvorkehrungen einhält. Insbesondere entstehen weitere Risiken, wenn man aus ihm wieder Wasserstoff produziert.

Die größte Gefahr von Ammoniak direkt ergibt sich aus seiner Eigenschaft, Wasser zu binden. Dadurch wirkt Ammoniak ätzend und giftig. Es reizt Haut, Augen und Atemwege stark und kann zu ernsthaften Gesundheitsschäden bis hin zum Tod führen. Allerdings riecht das Gas schon in sehr geringen Konzentrationen sehr stechend. Lange, bevor eine ätzende, giftige Wirkung einsetzt, wird man normalerweise die Flucht ergreifen. Wo das nicht möglich ist oder wenn es sich um Menschen handelt, die nicht riechen können, entsteht durch entweichendes Ammoniak jedoch ein sehr hohes gesundheitliches Risiko. Beim Umgang mit ihm sind Absauganlagen oder Belüftungssysteme sowie eine persönliche Schutzausrüstung aus Atemmaske und Schutzanzug notwendig.

Weitere Risiken resultieren aus der grundsätzlichen Brennbarkeit von Ammoniak. Beim Vergleich von Wasserstoff und Ammoniak (siehe auch Tabelle) fällt jedoch ins Auge, dass es weit weniger leicht entzündbar ist. Zündtemperatur und benötigte Zündenergie sind deutlich höher. Auch sind lediglich Sauerstoff-Ammoniak-Mischungen mit einem Ammoniakgehalt zwischen 14 Vol.-Prozent und 32,5 Vol.-Prozent entzündbar. Bei Wasserstoff ist die Spanne, in der ein Gemisch mit Luft entzündbar ist, deutlich größer. In Sachen Explosivität ist also Ammoniak deutlich unkritischer als Wasserstoff, ja sogar unkritischer als Heizöl. Beginnt entweichendes Ammoniak zu brennen, erlöscht der Brand rasch wieder, wenn keine Stützflamme oder andere Wärmezufuhr vorhanden ist.

Die wichtigste Sicherheitsvorkehrung bei Lagerung und Transport ist die ausreichende Kühlung sowie die Dichtigkeit der Behälter. Denn in der Regel wird flüssiges Ammoniak bei einer Temperatur von -33 °C bei atmosphärischem Druck gelagert und transportiert. Gut isolierte, dichte Tanks, abgesichert durch Sicherheitsventile, verhindern in der Regel, dass gasförmiges Ammoniak entweicht. Doch Havarien – etwa bei Unfällen während des Transports auf Schiffen oder per Lkw – sind nicht völlig auszuschließen. Insbesondere Wasserlebewesen können dann geschädigt werden.

Die höheren Risiken bei der Rückumwandlung von Ammoniak zu Wasserstoff gehen von dem entstehenden Wasserstoff aus. Während des Crackens und beim anschließenden Transport bzw. der Lagerung sind Apparate, Leitungen und Behälter unbedingt auf Leckagen zu überwachen. Denn Wasserstoff-Luft-Gemische sind in einem breiten Konzentrationsbereich zwischen 4 Vol.-% und 77 Vol-% entzündlich. Liegt dann noch eine Zündquelle vor, käme es zur Explosion. Die Mindestzündenergie ist wie aus der Tabelle ersichtlich sehr gering.

Anders als Ammoniak macht sich austretender Wasserstoff nicht durch einen stechenden Geruch bemerkbar. Neben der Dichtigkeit von Apparaten und Behältern sind daher viele weitere Sicherheitsvorkehrungen ein Muss: zum Beispiel automatische Absperrventile und Entlastungseinrichtungen, die Überdruck verhindern. Zündquellen wie offene Flammen müssen unbedingt vermieden werden. Hinzu kommen Maßnahmen des elektrischen Explosionsschutzes gemäß der geltenden Explosionsschutzrichtlinien wie etwa ATEX (Europa) und IECEx (Global). Es dürfen im Umfeld von Wasserstoffanlagen, also auch in der Nähe von Ammoniak-Crackern, lediglich zugelassene explosionsgeschützte Geräte eingesetzt werden. Welche im Einzelnen ausgewählt werden, ergibt sich aus einer Zoneneinteilung. Aus dieser geht hervor, ob das jeweilige elektrische Gerät für Zone 0 (höchste Explosionsgefahr), Zone 1 oder Zone 2 (gefährliche explosionsfähige Atmosphäre normalerweise nicht oder wenn dann nur sehr kurzzeitig vorhanden) geeignet sein muss.