Unter dem Hintergrund von "Dual Carbon" wird die Verwendung erneuerbarer Elektrizität zur Elektrolyse von Wasser und zur Herstellung von Ammoniak genutzt. Dies ermöglicht nicht nur die Integration erneuerbarer Energien und die Lösung der Probleme bei der Speicherung und dem Transport von Wasserstoff, sondern fördert auch die grüne Umgestaltung traditioneller Ammoniakherstellungsverfahren. Um den Einfluss verschiedener Wasserstoffherstellungsmethoden auf die technisch-wirtschaftliche Leistungsfähigkeit des Ammoniaksynthesesystems zu untersuchen, wurde die thermische Leistung und wirtschaftliche Leistung von drei Wasserstoffherstellungsverfahren, nämlich der Protonenaustauschmembran-Elektrolysezelle, der Protonenaustauschmembran-Elektrolysezelle und der alkalischen Elektrolysezelle im Verhältnis 1:1 sowie der alkalischen Elektrolysezelle, verglichen und analysiert. Darüber hinaus wurde die thermische und energetische Integration der Protonenaustauschmembran-Elektrolysezelle und der alkalischen Elektrolysezelle zur gemeinsamen Wasserstoff- und Ammoniaksynthese durch eine Pinch-Analyse und mathematische Optimierungsmethoden untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die Systemwirkungsgrade der drei Wasserstoffherstellungsverfahren 60,3 %, 56,1 % bzw. 52,5 % betragen und die Kohlenstoffemissionen von Ammoniak mit zunehmendem Netto-Stromverbrauch des Systems ebenfalls zunehmen. Dank des ausgereiften Herstellungsverfahrens für alkalisches Elektrolysewasser weist das Verfahren zur Herstellung von alkalischem Elektrolysewasser die kürzeste Amortisationszeit von 6,4 Jahren auf, während das Verfahren zur Herstellung von Protonenaustauschmembran-Elektrolysewasser die längste Amortisationszeit von 12,8 Jahren aufweist. Die thermische Integration des Protonenaustauschmembran-Elektrolysechemischen und des alkalisches Elektrolysewasser-Elektrolysensystems zeigt, dass die in den Systemen vorhandene Abwärme unter 100 ℃ über eine Kälteverbundanlage in die Umwelt abgeführt werden kann. Darüber hinaus verbessert eine Erhöhung der Betriebstemperatur der Elektrolysezellen die thermische Leistung des Systems und die Senkung des Strompreises sowie die Erhöhung der Betriebsstunden des Systems verbessern die Wirtschaftlichkeit des Systems.

Protonenaustauschmembran-Elektrolysezelle, alkalische Elektrolysezelle, grünes Ammoniak, Pinch-Analyse