Ammoniak ist eine der meistproduzierten Chemikalien und Grundstoff für die Produktion aller weiteren Stickstoffverbindungen. Es dient als Grundlage für die Herstellung chemischer Düngemittel für landwirtschaftliche Nutzpflanzen. Dessen Produktion ist für etwa drei Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich. Forscher der US-Universität Stanford haben nun eine umweltfreundliche Methode zur Herstellung von Ammoniak mithilfe kleiner Wasser- und Stickstofftröpfchen aus der Luft gefunden.
Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniak Produktion
Seit über 100 Jahren basiert die weltweite Produktion von Ammoniak in großen Mengen auf dem Haber-Bosch-Verfahren. Dieser industrielle Durchbruch hatte große Auswirkungen auf die Landwirtschaft und ermöglichte die Ernährung einer schnell wachsenden Bevölkerung. Allerdings ist das Haber-Bosch-Verfahren äußerst energieintensiv und erfordert einen hohen Druck von 80–300 Atmosphären und Temperaturen im Bereich von 300 bis 500 Grad Celsius, um die starken Bindungen des Stickstoffs aufzubrechen. Darüber hinaus trägt die in den Prozess einbezogene Dampfbehandlung von Erdgas erheblich zur Freisetzung von Kohlendioxid bei, einem wichtigen Faktor für den Klimawandel. Alles in allem verschlingt das Haber-Bosch-Verfahren mehr als 2 % der weltweiten Energie und ist für etwa 1 % des in die Atmosphäre ausgestoßenen Kohlendioxids verantwortlich, um den aktuellen weltweiten Bedarf an 150 Millionen Tonnen Ammoniak pro Jahr zu decken.
Im Gegensatz dazu erfordert die von den Stanford-Forschern vorgestellte innovative Methode weniger spezielle Umstände. Das Forschungsteam konzentrierte sich auf einen Katalysator, der die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion beschleunigt, aber selbst durch die Reaktion nicht abgebaut oder verändert wird. Der Katalysator besteht aus einem Eisenoxid namens Magnetit und einer in den 1960er Jahren erfundenen synthetischen Membran, die aus sich wiederholenden Ketten zweier großer Moleküle besteht. Die Forscher trugen den Katalysator auf ein Graphitnetz auf, das in ein gasbetriebenes Sprühgerät eingebaut wurde. Das Sprühgerät spritzte Mikrotröpfchen aus, in denen Wasser (H2O) und komprimierter molekularer Stickstoff (N2) in Gegenwart des Katalysators miteinander reagierten. Das Ergebnis: Ammoniak. Mit diesem Verfahren kann es in alltäglichen Temperatur- und Druckumgebungen nur mit Luft und Wasser und mit etwas so Einfachem wie einem Sprühgerät erzeugt werden. Wenn dieser Prozess ausgeweitet werden kann, würde er eine umweltfreundliche neue Art der Ammoniakherstellung darstellen.
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