pte20180118016 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Sonnenlicht allein kann Stickstoffmoleküle knacken

Drastische Senkung des Energieverbrauchs bei der Düngerherstellung


So spaltet Sonnenergie ein Stickstoffmolekül (Grafik: Carter/Martirez)
So spaltet Sonnenergie ein Stickstoffmolekül (Grafik: Carter/Martirez)

Princeton (pte016/18.01.2018/11:30) Sonnenlicht kann den Energieverbrauch bei der Herstellung von Stickstoffdünger drastisch senken. Das haben Forscher an der Princeton University http://princeton.edu herausgefunden. Sie haben Gold eine Nanostruktur verpasst und Molybdän hinzugefügt. Wenn Sonnenstrahlen auf diese Partikel fallen, findet Oberflächenplasmonenresonanz statt. Elektronen an der Oberfläche werden vom Licht angeregt. Sie beginnen zu schwingen. Dabei entsteht ein elektrisches Feld, das die Stickstoffmoleküle, die stets paarweise auftreten, in Atome aufspaltet. Diese lassen sich mit anderen Atomen oder Molekülen "verkuppeln".

Blitzableiter im Nanomaßstab

"Das plasmonische Metall reagiert wie ein Blitzableiter", sagt Forscher John Mark Martirez, der das Verfahren gemeinsam mit Emily Carter, der Dekanin der ingenieurswissenschaftlichen Fakultät der Hochschule, entwickelt hat. "Es konzentriert eine große Menge an Energie auf einer sehr kleinen Fläche." Die konzentrierte Lichtenergie verbessert die Fähigkeit des Molybdäns, das Stickstoffmolekül zu spalten.

Die Forscher erwarten eine wesentliche Einsparung an Energie durch ihr neues Verfahren, das sie bisher nur im Labor in sehr kleinem Maßstab getestet haben. Das liegt daran, dass es bei Raumtemperatur und niedrigem Druck funktioniert. Das Haber-Bosch-Verfahren, das seit mehr als einem Jahrhundert zur Herstellung von Ammoniak genutzt wird - diese Chemikalie ist die Basis für die Düngerherstellung - benötigt dagegen Temperaturen von 400 bis 500 Grad Celsius und einen Druck von 150 bis 350 bar. Die harschen Bedingungen sind nötig, weil die Kraft, die die beiden Atome des Stickstoffmoleküls zusammenhält, zu den stärksten atomaren Kräften gehört, die je gemessen worden sind.

Umweltgerechte Produktion

Das Wissenschaftsmagazin "Science" hatte erst kürzlich darüber berichtet, dass die Herstellung von Stickstoffdünger zwei Prozent des weltweiten Energieangebots verschlingt. "Sonnenlicht zu nutzen, um reaktionsarme Moleküle wie Stickstoff oder Treibhausgase wie Methan und Kohlendioxid zu spalten, ist eine wundervolle Möglichkeit für eine umweltgerechte Produktion von Chemikalien", unterstreicht Carter. Und Martirez fügt abschließend hinzu: "Wir setzen Licht statt Hitze ein, um die festen Bindungen aufzubrechen."

(Ende)
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