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Katalyse : Ein neuer Weg zu Kunstdüngern

Ammoniak ist als Grundlage für Düngemittel lebenswichtig für unzählige Menschen. Seine Herstellung kostet jedoch viel Energie, erzeugt reichlich CO2 und erfordert hohe Anfangs­investitionen. Nun deutet eine neue faszinierende Reaktion darauf hin, dass es energieeffiziente Alternativen geben könnte.
Gülle ausbringenLaden...

Die weltweite Nahrungsmittelproduktion ist auf große Mengen an Dünger angewiesen. Für dessen Herstellung benötigt man Ammoniak (NH3), das wiederum aus Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2) synthetisiert wird. Obwohl die beteiligten Moleküle sehr einfach aufgebaut sind, ist es eine große Herausforderung, die starke Stickstoff-Stickstoff-Dreifachbindung (N=N) im Stickstoffmolekül zu spalten und gleichzeitig Stickstoff-Wasserstoff-Bindungen (N–H) zu knüpfen. Die Reaktion verläuft typischerweise unter Bedingungen, die viel Energie benötigen, etwa hohe Reaktionstemperaturen und Drücke. Eine Forschungsgruppe um Yuya Ashida von der Universität Tokio hat nun gezeigt, dass sich mit einer Samariumverbindung vermischt mit Wasser und in Kombination mit einem Molybdänkatalysator Ammoniak aus Stickstoff unter Umgebungsbedingungen herstellen lässt.

Angetrieben durch einen drohenden weltweiten Mangel an Düngemitteln zu Beginn des 20. Jahrhunderts (und später durch Munitionsknappheit, weil aus Ammoniak auch Sprengstoffe hergestellt werden können), demonstrierten die Chemiker Fritz Haber und Carl Bosch als Erste, dass Stickstoff aus der Luft in Ammoniak umgewandelt werden kann. Bei der modernen Variante des nach ihnen benannten Haber-Bosch-Prozesses vereint man Stickstoff und Wasserstoff mit Hilfe eines Katalysators auf Eisenbasis zu Ammoniak (siehe »Drei Ansätze zur Herstellung von Ammoniak«, unten, A). Heute werden so weltweit etwa 250 bis 300 Tonnen des Stoffs pro Minute erzeugt. Der daraus hergestellte Dünger kommt fast 60 Prozent der Weltbevölkerung zugute …

Oktober 2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Oktober 2019

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