Eine der ersten Anwendungen von flüssigem NH3 als Buskraftstoff erfolgte 1943 in Belgien. Emeric Kroch entwickelte diese hybriden Kohle-Gas-Ammoniak-Motoren, um den öffentlichen Verkehr trotz extremer Dieselknappheit während des Zweiten Weltkriegs am Laufen zu halten.

Das Raketenflugzeug X-15 brach in den 1960er Jahren mit NH3-Antrieb Geschwindigkeits- und Höhenrekorde.

Im Sommer 2007 tourte dieses NH3-Fahrzeug mit einem Gemisch aus Ammoniak und Benzin durch die Vereinigten Staaten von Detroit nach San Francisco.

Ammoniak ist bei Raumtemperatur ein farbloses Gas mit einem sehr stechenden und ekelerregenden Geruch. Es entsteht auf natürliche Weise durch Zersetzung organischer Stoffe und wird auch industriell hergestellt. Es ist leicht löslich und verdunstet schnell. Ammoniak besteht aus Stickstoff und Wasserstoff mit der chemischen Formel NH3

Tatsächlich ist Ammoniak bereits in geringen Konzentrationen giftig, bei der Verbrennung entsteht NOx (die Technologie zur Reduzierung dieser Emissionen existiert jedoch bereits) und benötigt einen „Pilotbrennstoff“, da es nicht leicht entzündbar ist.

Jährlich werden mehr als 180 Millionen Tonnen Ammoniak produziert. Seit mehr als 100 Jahren, seit der Einführung des Haber-Bosch-Verfahrens, wird Ammoniak als Düngemittel für die Lebensmittelindustrie, als Rohstoff und Kühlmittel für verschiedene industrielle Prozesse, als Treibstoff in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie als Treibstoff eingesetzt Reduktionsmittel in Herstellungsprozessen. Reduzierung von Stickoxiden. Damit stehen für den Transport und die Lagerung dieses Stoffes konsolidierte Infrastrukturen zur Verfügung.

Ammoniak ist ein beißendes, farbloses Gas. Aufgrund der starken Wasserstoffbrückenbindungen lässt es sich leicht verflüssigen und daher problemlos in wärmeisolierten Behältern transportieren. Darüber hinaus verflüssigt sich Ammoniak bei sehr niedrigen Drücken (0,8 MPa), die niedriger sind als die von Wasserstoff (bis zu 70 MPa). Es kann auch bei -33 °C verflüssigt werden.

Verschiedene Kraftstoffe können mit Ammoniak für Otto-, Benzin-, Carnot- und Dieselmotoren gemischt werden, um die Verbrennung zu erleichtern. Die folgende Abbildung zeigt die Kategorien möglicher Kraftstoffmischungen für den Einsatz in verschiedenen Antriebstechnologien, wie z. B. Brennstoffzellen, Ottomotoren („Spark Ignition“) und Dieselmotoren („Compression Ignition“).

AMMONIAK IN DIESELMOTOREN

EINKRAFTSTOFF

Die ausschließliche Verwendung von Ammoniak als Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor ist aufgrund der für die Zündung/Verbrennung erforderlichen hohen Verdichtungsverhältnisse nicht möglich. Für die Verwendung von Ammoniak als Kraftstoff in Verbrennungsmotoren sind sehr hohe Verdichtungsverhältnisse von bis zu 35:1 erforderlich. Flüssiges Ammoniak, das in Verbrennungsmotoren verwendet wird, verbrennt bei Verdichtungsverhältnissen bis zu 30:1 nicht. Ein Standard-Dieselmotor läuft mit einem Verdichtungsverhältnis von 15 bis 17:1

DUALFUEL

Mit einem John-Deere-Motor war ein Ammoniakgehalt von bis zu 95 % mit nur 5 % Diesel realisierbar. Die optimale Mischung ist jedoch 40 % Diesel – 60 % Ammoniak, da eine höhere Dieselmenge die Entflammbarkeit von Ammoniak einschränken würde.

Ein mit Biodiesel und Ammoniak als Kraftstoff getesteter Motor verhält sich genauso wie einer mit Diesel und Ammoniak bei gleichen Leistungsmerkmalen. Bei der Verwendung von Dimethylether (DME) mit Ammoniak als Kraftstoff unterscheiden sich die Leistungsmerkmale jedoch, wobei ein Ammoniakgehalt von bis zu 80 % realisierbar ist.

AMMONIAK IN BENZINMOTOREN

EINKRAFTSTOFF

Die Verbrennung von Ammoniak in einem Ottomotor kann durch eine kompaktere Brennkammer und längere Zündkerzen erleichtert werden, um die Zurückhaltung von Ammoniak bei der Verbrennung zu überwinden.

DUALFUEL

Benzin als Verbrennungsförderer erfordert für einen optimalen Betrieb bei 30 % Benzinanteil ein Verdichtungsverhältnis von 10:1.

Flüssiges Ammoniak würde die Temperatur im Zylinder senken und damit die Bildung nachfolgender Turbulenzen erschweren, die zu einer beeinträchtigten Verbrennung und Zündaussetzern führen würden. Aus diesem Grund wird gasförmiges Ammoniak direkt eingespritzt und wäre leichter nutzbar, während Benzin zur Verbesserung der Verbrennung eingespritzt wird. Der Leerlauf erfordert 100 % Benzin, kann aber unter Betriebsbedingungen auf 20 % reduziert werden.

AMMONIAK-BRENNSTOFFZELLEN

Theoretisch könnten Festoxid-Brennstoffzellen direkt mit Ammoniak verwendet werden, wodurch die für die gleiche Verwendung mit Wasserstoff erforderlichen hohen Drücke eingespart werden könnten. Aufgrund der hohen Temperaturen, die diese Brennstoffzellen erreichen (über 500 °C), ist dies jedoch nicht möglich Verwendung auf der Straße, obwohl es auch im Seeverkehr eingesetzt werden könnte.

Andererseits besteht die bereits von verschiedenen Unternehmen geprüfte Möglichkeit, Ammoniak als Vektor für die Wasserstoffspeicherung zu nutzen. Dazu wird das Ammoniak in einem Cracker in Wasserstoff und Stickstoff zerlegt und anschließend in einer Wasserstoff-Brennstoffzelle aus dem H2 Strom erzeugt, der zum Antrieb des Fahrzeugs dient.

Grundsätzlich hätte die Verwendung von Ammoniak drei Vorteile:

• Erstens wird KEIN CO2 emittiert. Da es sich um ein Element ohne Kohlenstoff handelt, kann die Reaktion zur Bildung von Kohlendioxid nicht chemisch durchgeführt werden.
• Zweitens die Benutzerfreundlichkeit. Einerseits ist Ammoniak bereits die am weitesten verbreitete Chemikalie auf dem Planeten, wird in großem Maßstab hergestellt und ist in flüssiger Form bei niedrigen Drücken leicht zu handhaben.
• Drittens kann der Preis im Vergleich zu herkömmlichen Kraftstoffen konkurrenzfähig sein. Bereits heute liegt der Produktionspreis von Ammoniak bei etwa 250 Dollar pro Tonne. Es wird erwartet, dass die Herstellung von grünem Ammoniak, die Herstellung von Ammoniak erfordert große Energiemengen, preislich mit dem Rest des Kraftstoffs konkurrenzfähig sein könnte.