Robert Klatt
Ammoniak, ein essenzieller Düngerbestandteil, wird bisher mit dem über 100 Jahre alten Haber-Bosch-Verfahren produziert. Diese sehr energieintensive Technik könnte bald durch ein CO₂-neutrales System ersetzt werden, das die chemische Verbindung aus der Luft gewinnt.
Stanford (U.S.A.). Ammoniak, eine chemische Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff, ist ein essenzieller Bestandteil der meisten Düngemittel. Aktuell wird Ammoniak mit dem über 100 Jahre alten Haber-Bosch-Verfahren produziert, das Stickstoff und Wasserstoff unter hohem Druck und extremen Temperaturen kombiniert. Dieses Verfahren nutzt Erdgas und ist sehr energieintensiv. Es verbraucht etwa zwei Prozent der globalen Energie und produziert ein Prozent der globalen CO₂-Emissionen.
Forscher der Stanford University haben nun eine neue Technik vorgestellt, die mithilfe von Windenergie CO₂-neutral Ammoniak produzieren kann, indem sie Luft durch ein Netz zieht. Laut ihnen könnte die Technik das Haber-Bosch-Verfahren ersetzen, wenn der Prototyp perfektioniert ist.
„Dieser Durchbruch ermöglicht es uns, den Stickstoff aus der Luft zu nutzen und Ammoniak auf nachhaltige Weise zu produzieren. Es ist ein bedeutender Schritt hin zu einer dezentralisierten und umweltfreundlichen Landwirtschaft.“
Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Science Advances haben die Forscher zunächst untersucht, wie sich verschiedene Bedingungen, darunter Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit, Salzgehalt und Säuregrad, auf die Ammoniakproduktion auswirken. Zudem haben sie analysiert, wie sich weitere Faktoren, darunter die Größe von Wassertropfen, die Konzentration der Lösung und der Kontakt mit wasserunlöslichen Materialien, auf den Prozess auswirken. Um die optimalen Bedingungen für die Ammoniakbildung zu ermitteln, haben sie außerdem verschiedene Katalysatoren, darunter Eisenoxid in Kombination mit einem sauren Polymer aus Fluor und Schwefel, erprobt.
Auf Basis der Analyseergebnisse haben die Forscher eine neue Methode entwickelt, die eine umweltfreundliche und günstige Ammoniakproduktion ermöglicht. Das System nutzt Luft als Stickstoffquelle und Wasserdampf als Wasserstoffquelle. Es besteht aus einem katalytisch beschichteten Netz, das von Luft durchströmt wird. Dadurch beginnt die chemische Reaktion, die das Ammoniak bildet.
Die neue Technik funktioniert bei Raumtemperatur und normalem Luftdruck und benötigt somit deutlich weniger Energie als das Haber-Bosch-Verfahren. Laut den Entwicklern könnten Landwirte das Gerät direkt in ihren Gewächshäusern betreiben und müssten keine Düngemittel mehr kaufen.
„Dieser Ansatz reduziert den CO₂-Fußabdruck der Ammoniakproduktion erheblich.“
Die Forscher möchten im nächsten Schritt größere Netze entwickeln, um die Ammoniakproduktion zu erhöhen. Das Gerät soll in zwei bis drei Jahren auf den Markt kommen. Neben der Produktion von Düngemitteln könnte das Ammoniak laut ihnen auch als Speicher für erneuerbare Energien dienen und bei der Dekarbonisierung von unterschiedlichen Wirtschaftsbereichen helfen.
„Grünes Ammoniak ist ein Meilenstein der Nachhaltigkeit. Wenn diese Methode wirtschaftlich skalierbar ist, könnten wir unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen in vielen Branchen drastisch reduzieren.“
Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.ads4443
