"Grüne" Nahrungsmittelproduktion in Sicht
US-Forscher wollen mit blauem Licht und Iridium den Dünger-Rohstoff Ammoniak produzieren
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Blaues Licht: So soll künftig Ammoniak hergestellt werden (Foto: princeton.edu) |
Princeton (pte023/02.08.2021/12:00)
Chemiker der Princeton University https://www.princeton.edu/ im US-Bundesstaat New Jersey haben den Schlüssel für die umweltverträgliche Produktion von Ammoniak gefunden, dem Ausgangsmaterial für Ammoniumnitratdünger. Dieses Düngemittel, das im Millionen-Tonnen-Maßstab hergestellt wird, ist unabdingbar für die ausreichende Produktion von Nahrungsmitteln, auf Grund des hohen Energiebedarfs aber auch verantwortlich für 1,4 Prozent der weltweiten Emissionen an Kohlenstoffdioxid. Klingt wenig, sind aber pro Jahr mehr als 500 Millionen Tonnen.
[b]Extreme Bedingungen benötigen viel Energie[/b]
Seit mehr als 100 Jahren wird Ammoniak mit dem Haber-Bosch-Verfahren hergestellt. Paul Chirik, Professor für Chemie an der Hochschule, hat mit seinem Team ein Verfahren entwickelt, das blaues Licht und einen Katalysator auf Iridium-Basis nutzt, um zumindest prinzipiell das gleiche Ziel zu erreichen wie einst die beiden deutschen Chemiker Fritz Haber und Carl Bosch, die eine Temperatur von 400 bis 500 Grad Celsius und einen Druck von 150 bis 300 bar benötigen. Um diese extremen Bedingungen zu schaffen wird sehr viel Energie benötigt.
[b]Atome verschmelzen mit Lichtenergie[/b]
„Unser Durchbruch lieg darin, dass wir Licht nutzen, um Atome miteinander zu verschmelzen, die ohne einen äußeren Reiz nicht miteinander reagieren", sagt Chirik. „Bisher ist dieser Stimulus Energie." Metallkatalysatoren hätten „erstaunliche Dinge" möglich gemacht, so der Chemiker. Ammoniak, Polymere und Arzneimittel gehörten dazu. „Künftig können wir mehr damit machen, weil wir erforschen, was geschieht, wenn Katalysatoren Licht absorbieren."
[b]Beispielhafte Reaktionen[/b]
Die Forscher gehen von einem organischen Molekül namens Anthracen und dem Iridium-Katalysator aus. Blaues Licht regt das Iridium energetisch an, sodass es in der Lage ist, die gewünschte Reaktion anzutreiben. Es entsteht dabei allerdings noch kein Ammoniak. Das Verfahren ist eher ein Beispiel dafür, dass Verbindungen zwischen Atomen, die denen für die Herstellung von Ammoniak (Wasserstoff und Stickstoff) ähneln, mit Hilfe von Licht möglich sein.
„Wir haben mit unserer lichtbasierten Synthese noch kein Ammoniak hergestellt", so Chirik. „Der Weg dahin ist noch weit, doch mit unseren Experimenten haben wir den Weg dahin skizziert."
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