Ammoniak-Herstellung ohne Umweltbelastung
Elektrochemisches Verfahren der Texas A&M University funktioniert bisher jedoch nur im Labor
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Pflanze: Diese wächst bald mit umweltfreundlichem Dünger (Foto: Jatinder Jeetu, pixabay.com) |
College Station (pte003/30.01.2026/06:10)
Statt Stickstoff und Wasserstoff unter hohem Druck und bei hohen Temperaturen zu zwingen, sich zu Ammoniak zu verbinden, setzen Abdoulaye Djire und Perla Balbuena von der Texas A&M University sowie ihre Doktoranden David Kumar und Hao En Lai auf ein elektrochemisches Verfahren. Im Gegensatz zur klassischen Herstellung des Düngemittelrohstoffs werden bei der neuen Methode kaum Klimagase freigesetzt, weil als einzige Energiequelle grüner Strom zum Tragen kommt.
Strom fügt Moleküle zusammen
"Der derzeitige Prozess der Ammoniakherstellung ist energieintensiv und verursacht hohe CO2-Emissionen. Wenn man Ammoniak dagegen elektrochemisch herstellt, lässt sich diese Belastung vermeiden. Bei unserem elektrochemischen Prozess liefert Wasser die Wasserstoffatome, der Stickstoff wird aus der Luft gewonnen und elektrische Energie fügt sie zusammen", so Djire.
Doch Stickstoff ist reaktionsfaul und verbindet sich nur mit anderen Elementen, wie in diesem Fall mit Wasserstoff, wenn sich diese Trägheit überwinden lässt. Das gelingt mit einem 2D-Katalysator aus Titannitrid. "Zweidimensional" ist er, weil er nur so dick ist wie ein einziges Molekül. Dieser liefert selbst einen Teil der Stickstoffmoleküle, die für die Ammoniakproduktion nötig sind, bekommt aber Nachschub aus der Luft, sodass sich seine Zusammensetzung nicht ändert.
Maßanfertigung des Katalysators
Die Anlage der Chemiker ist ein erweiterter Elektrolyseur, in dem nicht nur Wasser gespalten wird, um den für die Ammoniaksynthese nötigen Wasserstoff zu gewinnen, sondern auch die extrem starken Kräfte geschwächt werden, die Stickstoffmoleküle zusammenhalten und im Normalfall ihre Reaktion verhindern.
Der Kat ist eine Maßanfertigung. Mithilfe der Spektroelektrochemie haben die Forscher die Positionen der Titan- und Stickstoffmoleküle beziehungsweise -atome sichtbar gemacht und erkannten, wie sie zur Reaktion beitragen. So konnten sie die Zusammensetzung optimal gestalten. Bisher funktioniert das Verfahren nur im Labor. Die Technik für die Massenproduktion steht noch aus. Dabei geht es um gewaltige Mengen. Derzeit liegt der weltweite Verbrauch bei 200 Mio. Tonnen pro Jahr.
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