IHI und GE Vernova eröffnen eine Ammoniakverbrennungsprüfanlage in Japan

Überblick über die im IHI-Werk Aioi errichtete Großverbrennungsprüfanlage. (Bild: IHI)

IHI Corp. und GE Vernova haben in Hyogo, Japan, eine großtechnische Verbrennungsprüfanlage (LCT) fertiggestellt. Diese Anlage ist Teil ihrer gemeinsamen Bemühungen zur Entwicklung einer kohlenstofffreien Gasturbinentechnologie, die Ammoniak als primären Brennstoff nutzt. Die Fertigstellung markiert einen wichtigen Meilenstein in der mehrjährigen Zusammenarbeit zur Kommerzialisierung von Ammoniak-betriebenen Stromerzeugungssystemen bis zum Ende des Jahrzehnts.

Die neue Testanlage im Werk Aioi Works von IHI ist speziell für die Durchführung von Verbrennungsversuchen im Originalmaßstab unter den Betriebsbedingungen der F-Klasse-Gasturbine von GE Vernova ausgelegt. Sie ermöglicht die Simulation realer Drücke, Temperaturen und Durchflussmengen für Luft und Brennstoff – entscheidende Parameter für die Validierung von Brennkammerkonstruktionen der nächsten Generation .

Die Anlage wird als Drehscheibe für die gemeinsame Entwicklung im Rahmen eines von den beiden Unternehmen unterzeichneten Technologiefahrplans bis 2024 dienen. Ziel der Vereinbarung ist die Einführung eines vollständig mit Ammoniak betriebenen Verbrennungssystems bis 2030. Die Tests am neuen Standort sollen im Sommer 2025 mit Prototypen von Brennkammern in Originalgröße beginnen.

„Dieser Meilenstein markiert einen bedeutenden Fortschritt in unserem gemeinsamen Technologieplan, der bis 2030 zu einem vollständig ammoniakfähigen Verbrennungssystem führen soll“, sagte Kensuke Yamamoto, Geschäftsführer von IHI und Leiter der Projektabteilung für die Ammoniak-Wertschöpfungskette. „Das LCT wird ein zentraler Knotenpunkt für das Projekt von IHI und GE Vernova sein und unterstreicht unser Engagement für die Weiterentwicklung von Ammoniak als nachhaltige Energielösung.“

Ammoniak, das keinen Kohlenstoff enthält, hat als aus Wasserstoff gewonnener Brennstoff zunehmend an Bedeutung gewonnen, da er das Potenzial besitzt, schwer zu dekarbonisierende Sektoren wie die thermische Stromerzeugung zu entlasten . Im Gegensatz zu Wasserstoffgas ist Ammoniak leichter zu transportieren und zu lagern, und bei sachgemäßer Verbrennung kann es Energie erzeugen, ohne Kohlendioxid zu emittieren.

IHI hat bereits eine 2-MW-Gasturbine (Modell IM270) entwickelt, die mit 100 % Ammoniak betrieben werden kann . Das Unternehmen will diese Technologie nun in Zusammenarbeit mit GE Vernova und unter Nutzung seiner neuen Testinfrastruktur für den Einsatz in großformatigen Gasturbinen skalieren.

Die Partnerschaft profitiert zudem von Synergien mit den Verbrennungsforschungsaktivitäten von GE Vernova in den USA. Die fortschrittliche Verbrennungsprüfanlage von GE in Greenville, South Carolina, hat eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung wasserstofffähiger Gasturbinen gespielt und wird das Ammoniakprogramm durch Datenaustausch und technische Expertise unterstützen.

„Diese Ankündigung markiert den Beginn einer neuen Phase der Zusammenarbeit zwischen GE Vernova und IHI. Wir konzentrieren uns nun auf die praktische Umsetzung von Technologien und Ingenieurprojekten“, so Jeffrey Goldmeer, Senior Director für Technologiestrategie bei GE Vernova. „Unser Ziel ist die Dekarbonisierung der Stromerzeugung durch den Einsatz von Ammoniak als Brennstoff. Dies läutet eine neue Phase der Kooperation zwischen GE Vernova und IHI ein – die Entwicklung von Dekarbonisierungspfaden, die bestehende Investitionen in die Stromerzeugung sichern.“

Die LCT-Initiative knüpft an das weltweit wachsende Interesse an Ammoniak als alternativem Kraftstoff an. Ammoniak, das derzeit in der Düngemittel- und Chemieproduktion eingesetzt wird, kann auch als Wasserstoffträger dienen. Sein Potenzial für den direkten Einsatz in Gasturbinen zieht Investitionen von Energieversorgern, Turbinenherstellern und Energieministerien in Asien und Europa an, insbesondere in Ländern mit begrenzten heimischen Energieressourcen.

Japan hat sich, angetrieben von nationalen Dekarbonisierungszielen und dem Bestreben nach Energiesicherheit, zu einem führenden Land in der Ammoniakverbrennungsforschung entwickelt. Das japanische Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie (METI) fördert im Rahmen seiner Strategie der Grünen Transformation (GX) die Mitverbrennung und die vollständige Ammoniakverbrennung in Wärmekraftwerken. Das IHI hat maßgeblich zu diesen nationalen Bemühungen beigetragen und in den vergangenen Jahren Demonstrationsversuche zur Ammoniakmitverbrennung in Kohle- und Gaskraftwerken durchgeführt.

Die neue LCT-Anlage unterstützt die Bestrebungen, von Labortests zu praxisrelevanten Validierungen überzugehen. Sie soll die Kommerzialisierung von Ammoniak-betriebenen Turbinen beschleunigen, die weltweit eingesetzt werden könnten, insbesondere in Märkten, die nach kompatiblen Lösungen für bestehende Gasinfrastruktur suchen.

Die Zusammenarbeit zielt außerdem darauf ab, die Entwicklung von Ammoniakturbinen an Sicherheits-, Emissions- und Betriebssicherheitsstandards anzupassen und einige der wichtigsten Herausforderungen im Zusammenhang mit der Ammoniakverbrennung anzugehen, wie etwa die Stickoxidbildung (NOx) und die Flammenstabilität.

GE Vernova hat sich der Entwicklung einer Reihe von Technologien verschrieben, die den Einsatz kohlenstoffärmerer und kohlenstofffreier Kraftstoffe in Gasturbinen ermöglichen – von Wasserstoffgemischen bis hin zur vollständigen Ammoniakverbrennung. Die F-Klasse-Turbinen des Unternehmens sind weltweit im Einsatz und eignen sich hervorragend für die Nachrüstung mit neuen Brennkammertechnologien, sofern sich Ammoniaklösungen als technisch und wirtschaftlich realisierbar erweisen.

„Dieses Projekt steht im Einklang mit unserer umfassenderen Strategie zur Dekarbonisierung des Energiesektors unter Nutzung bestehender Anlagen und Infrastrukturen“, fügte Goldmeer hinzu. „Die Ammoniakverbrennungstechnologie könnte ein entscheidendes Instrument sein, um die Versorgungssicherheit und die Klimaziele in Einklang zu bringen.“

Laut IHI und GE Vernova wird die LCT-Anlage nicht nur als Plattform für die technische Entwicklung, sondern auch für die Zusammenarbeit der Industrie dienen und möglicherweise weitere Akteure entlang der gesamten Ammoniak-Lieferkette einbeziehen – von der Produktion und Logistik bis hin zu Sicherheitssystemen und regulatorischer Unterstützung.

Bei Erfolg könnten die Unternehmen bis 2030 ein zu 100 % mit Ammoniak betriebenes Gasturbinensystem auf den Markt bringen und den Energieerzeugern damit ein neues Instrument für den Übergang zu Netto-Null-Emissionen bieten, ohne dabei auf bewährte Gasturbinentechnologie verzichten zu müssen.