Projektleitung: Dr. Franziska Krahl, Dr. Steffen Feja

Ammoniak-Absorptionsanlagen (Kältemaschinen und Wärmepumpen) werden – im Gegen­satz zu elektrisch angetriebenen Kompressions­kältemaschinen bzw. Kompressionswärme­pumpen – mit Wärmeenergie angetrieben. Stammt die Wärmeenergie z. B. aus Solarthermie, Geothermie oder Abwärme, so können diese Maschinen ohne fossile Energieträger betrieben werden. Die eingesetzten Arbeitsstoffe Wasser und Ammoniak sind natürlich vorkommende Verbindungen, leisten keinen Beitrag zur Erderwärmung (GWP = 0) und besitzen auch kein Ozonabbaupotenzial (ODP).

Ammoniak-Absorptionsanlagen werden aus Kostengründen aus Baustahl gefertigt. Ein Nachteil des Arbeitsstoffes Ammoniak ist die Bildung stark ätzender Lösungen mit Wasser. Dies hat zur Folge, dass spätestens bei Antriebstemperaturen größer 90 °C beim Baustahl vermehrt Korrosion einsetzt, was langfristig einen Ausfall der Anlagen zur Folge hätte. Neben dem Einsatz von korrosionshemmenden Substanzen (sogenannten Korrosionsinhibitoren) kann als Alternative der deutlich teurere Werkstoff Edelstahl eingesetzt werden. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass trotz der verminderten Korrosion an Edelstahl für den dauerhaften und störungsfreien Betrieb der Anlagen Korrosionsinhibitoren zugesetzt werden müssen. Bis heute werden dafür Chrom(VI)-Verbindungen, hauptsächlich Natriumchromat oder Natriumdichromat, verwendet. Andere bekannte Inhibitoren bieten deutlich geringeren Korrosionsschutz und sind im Falle von Baustahl für Temperaturen von oberhalb 90 °C nicht im Einsatz.

Allerdings ist der Einsatz von Cr(VI)-Verbindungen aufgrund ihrer krebserregenden und toxischen Eigenschaften innerhalb der EU seit 2017 stark eingeschränkt. Für das Inverkehr­bringen und die Verwendung von Cr(VI)-Verbindungen müssen Ausnahmeregelungen beantragt werden. Der dafür notwendige regulatorische und verwaltungstechnische Mehraufwand ist erheblich; deutlich problematischer ist jedoch die damit einhergehende und andauernde Weiterverwendung einer giftigen, krebserregenden und umweltschädlichen Substanzklasse. Gerade für das innovative Segment der Absorptionstechnik, der Erzeugung von Kälte aus Abwärme, wird dadurch die Umweltfreundlichkeit der Technologie gemindert.

Ziel des Projektes ist die Identifikation eines Korrosionsinhibitors für industrielle Ammoniak-Absorptions-Anlagen, welche Temperaturen von bis zu -60 °C bereitstellen, zum Ersatz von Chrom(VI)-Verbindungen. Dieser soll folgende Kriterien erfüllen:

• Korrosionsschutzwirkung bis einschließlich 180 °C (Antriebstemperatur), auch für Baustahl
• Verhinderung der Entwicklung nicht-kondensierbarer Gase
• Korrosionsschutzwirkung im alkalischen pH-Bereich
• Korrosionsschutzwirkung bei Abwesenheit von Sauerstoff
• Langzeitstabilität und Nicht-Flüchtigkeit
• Gleiches Korrosionsschutzniveau wie Chrom(VI)-Verbindungen

Mittels eines innovativen Matrix-Schnelltests sollen zunächst zahlreiche Chemikalien und Substanzkombinationen bezüglich ihres Einsatzpotentials als Korrosionsinhibitor für Edelstahl und Baustahl in Ammoniaklösungen bewertet werden. Im Anschluss sollen, unter Simulation der spezifischen Korrosionsbedingungen, in Laborversuchen aussichtsreiche Kandidaten weitergehend untersucht werden.

Die Wirksamkeit möglicher Cr(VI)-freier Inhibitoren soll auch in realen Absorptionskreisläufen (Demonstratoren) und in Feldtests geprüft werden. Hersteller und Betreiber von Anlagen können diesbezüglich gern mit uns in Kontakt treten.