Ammoniakherstellung : Kunstdünger ohne Treibhausgase

Die Ammoniaksynthese trägt entscheidend dazu bei, die Menschen zu ernähren. Doch bei dem Verfahren entsteht viel Kohlendioxid. Nun präsentieren US-Forscher eine mögliche Alternative.

Herkömmliches Verfahren. Eine Anlage zur Herstellung von Ammoniak des Chemiekonzerns BASF.
Herkömmliches Verfahren. Eine Anlage zur Herstellung von Ammoniak des Chemiekonzerns BASF.Foto: BASF

Ohne die industrielle Synthese von Ammoniak könnte ein Großteil der heutigen Weltbevölkerung nicht ernährt werden. Doch die Produktion dieses Grundstoffs für Kunstdünger verbraucht knapp fünf Prozent des global geförderten Erdgases und belastet die Atmosphäre jährlich mit 200 Millionen Tonnen Kohlendioxid. US-Forscher präsentieren jetzt einen Prozess, der ohne Erdgas auskommt und kein Treibhausgas mehr freisetzt. Wie sie in „Science“ berichten, erreichten sie im Labor eine Ausbeute von etwa 30 Prozent. Wenn sich das Verfahren auch für die Produktion großer Ammoniakmengen eignen sollte, käme das einer Revolution in der Kunstdüngerindustrie gleich.

Jedes zweite Stickstoffatom kommt aus dem Haber-Bosch-Verfahren

Vor 100 Jahren gelang es Fritz Haber und Carl Bosch, den Stickstoff der Luft für die Synthese von Ammoniak zu nutzen. Ohne dieses Haber-Bosch-Verfahren wäre das Bevölkerungswachstum von damals 1,7 auf heute 7,2 Milliarden Menschen nicht vorstellbar. „Geschätzt stammt jedes zweite Stickstoffatom in unserem Körper aus dem Haber-Bosch-Prozess“, sagt Stuart Licht von der Georg-Washington-Universität. Er und seine Kollegen entwickelten eine klimafreundliche Alternative. Bezieht das herkömmliche Verfahren den für die chemische Reaktion benötigten Wasserstoff aus Erdgas, genügte Stuart Licht schlichtes Wasser als Wasserstoffquelle.

Dazu erhitzten die Forscher eine Mischung aus den Salzen Natrium- und Kaliumhydroxid auf 200 Grad, so dass eine Schmelze entstand. In diese Salzschmelze verteilten sie winzige, etwa 40 Millionstel Millimeter kleine Nanopartikel aus Eisenoxid als Katalysator. Über zwei Elektroden setzten sie dieses Gemisch unter eine elektrische Spannung von gut zwei Volt.

Höhere Ausbeute als bei früheren Versuchen

Strömten nun Wasserdampf und Luft durch diese elektrochemische Zelle, spalteten sich die Wassermoleküle in Sauerstoff und Wasserstoff. Letzterer verband sich mit dem Stickstoff der Luft und das begehrte Ammoniak entstand. Im Labor erreichten die Forscher eine eine Ammoniakausbeute von etwa 30 Prozent, viel mehr als frühere Ansätze geliefert hatten.

Zwar benötigt das Verfahren viel Strom, doch parallel bildet sich ein Überschuss an Wasserstoffgas, das für eine spätere Nutzung gespeichert werden könnte. Weiterhin schlagen die Forscher vor, die Salze in solarthermischen Anlagen zu erhitzen, in denen Sonnenlicht über Spiegel gebündelt wird. (wsa)

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