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Monolith Materials macht Ammoniak-Produktion umweltfreundlicher

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Cleantech-Startup Monolith Materials spaltet Erdgas in Carbon Black und türkisen Wasserstoff – und kombiniert diesen mit Stickstoff zu Ammoniak.

Weltweit wird Ammoniak bis heute zur Herstellung von Düngemitteln eingesetzt. Diese ermöglichen die Ernährung von Milliarden Menschen. Doch die Herstellung ist klimaschädlich: fast ein Prozent der globalen Treibhausgasemissionen gehen darauf zurück. Das Cleantech-Startup Monolith Materials baut jetzt eine Anlage, um Ammoniak wesentlich umweltfreundlicher herzustellen – unter Einsatz der Methanpyrolyse, an der beispielsweise auch BASF und Gazprom arbeiten.

Basis der Innovation von Monolith Materials ist die sogenannte Methanpyrolyse, mit der Erdgas in seine Bestandteile zerlegt wird. Allerdings entsteht bei der Aufspaltung unter Sauerstoffentzug und bei hohen Temperaturen fester Kohlenstoff einerseits und gasförmiger Wasserstoff einerseits.

Der Wasserstoff gilt als türkis statt grün, weil er aus fossilem Erdgas gewonnen wird. Als klimaneutral kann er aber gelten, wenn als Grundlage Biogas genutzt, und für den Prozess Strom bzw. Wärme aus erneuerbaren Energien verwendet wird.

Der Kohlenstoff aus der Methanpyrolyse ist ein wichtiger Industrierohstoff: Carbon Black, im Volksmund als Ruß bezeichnet, wird nicht zur Produktion von Reifen benötigt, sondern generell von schwarzen Oberflächen, Farben oder Lacken. Der Vorteil der Methanpyrolyse mit Ergebnis von festem Kohlenstoff liegt darin, dass das im Methan (Erdgas, Biogas) gebundene CO2 nicht entweicht.

Auch BASF arbeitet an der Methanpyrolyse auf Basis von Erd- oder Biogas.

Monolith Materials: 14.000 t Carbon Black

Die Methanpyrolyse-Anlage des 2012 gegründeten Cleantech-Unternehmens Monolith Materials befindet sich gerade in de Phase der Inbetriebnahme. Sie wird als Olive Creek 1 (OC1) bezeichnet. Die Anlage ist auf die Herstellung von 14.000 Tonnen Carbon Black pro Jahr ausgelegt.

Doch die Pläne gehen noch deutlich weiter: Mit dem in der Methanpyrolyse gewonnenen Wasserstoff, möchte Monolith Materials im zweiten Schritt wichtige Chemikalien für die Industrie herstellen. Beispielsweise Ammoniak, das als Grundlage für global massenhaft eingesetzte Stickstoffdünger gilt.

Co-Gründer von Monolith Materials (v.l.n.r.): Rob Hanson, heute CEO, Bill Brady und Pete Johnson, beide Board-Mitglieder.

Um aus dem Wasserstoff Ammoniak zu machen, wird dieser mit Stickstoff aus der Umgebungsluft nach dem Haber-Bosch-Verfahren kombiniert – mit dem Bau dieser zweiten, wesentlich größeren Anlage (Olive Creek 2) soll im kommenden Jahr, ebenfalls in Nebraska, begonnen werden. Neben 180.000 Tonnen Carbon Black sollen auch 275.000 Tonnen Ammoniak hergestellt werden. Der Betrieb soll mit 100 Prozent Energie aus erneuerbaren Energien erfolgen.

Um bis zu diesem Punkt zu kommen, hat Monolith Materials 274 Millionen Dollar investieren müssen – finanziert von Risikokapitalgebern wie Cornell Capital LLC, Warburg Pincus und Azimuth Capital Management. Doch der Einsatz dürfte sich langfristig bezahlt machen: Selbst wenn die kombinierte Anlage nur Carbon Black herstellen würde, wäre sie schon wirtschaftlich wettbewerbsfähig. Mit dem Zusatzgeschäft Ammoniak auf Basis des Wasserstoffs sind höhere Renditen möglich.

„In der Lage zu sein, eines der weltweit wichtigsten Produkte emissionsfrei herzustellen, ist ein bedeutender Schritt nicht nur für unser Unternehmen, sondern auch für die Industrie“, sagt Monolith-CEO Rob Hanson. Wasserfreies Ammoniak, der Baustein für praktisch alle Stickstoffdünger, wird von einer Vielzahl von Industrien verwendet.

Achtzig Prozent des produzierten Ammoniaks wird von der Agrarindustrie in Düngemitteln verwendet, um die Nahrungsmittelproduktion für Milliarden von Menschen auf der ganzen Welt aufrechtzuerhalten. In den Vereinigten Staaten importiert der „Maisgürtel“, der sich von Iowa, Illinois, Indiana, Nebraska und den Nachbarstaaten erstreckt, alleine mehr als 1,7 Millionen Tonnen Ammoniak. Monolith konzentriert sich auf die Bereitstellung von lokal beschafftem, sauberem, wasserfreiem Ammoniak.

Treibhausgasbilanz: Eine Mio t weniger pro Jahr

Monolith geht davon aus, dass pro Tonne Wasserstoff drei Tonnen sauber hergestelltes, wertvolles Carbon Black erzeugt werden. Die kombinierte Produktion von kohlenstofffreiem Ammoniak und Ruß von Monolith Materials dürfte die Treibhausgasemissionen im Vergleich zum herkömmlichen Herstellungsverfahren um bis zu eine Million Tonnen pro Jahr reduzieren.

Monolith Materials ist nicht das einzige Vorhaben weltweit, um die Ammoniak-Produktion umweltfreundlicher zu machen. ThyssenKrupp und weitere Partner im Carbon2Chem-Projekt haben es Anfang 2019 beispielsweise geschafft, erstmals Ammoniak aus Hüttengassen (Stahlproduktion) herzustellen. Ziel des Stahlkonzerns ist der großindustrielle Einsatz der Technologie.

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