Die chemische Industrie verwendet seit mehr als hundert Jahren das Haber-Bosch-Verfahren zur synthetischen Herstellung von jährlich 180 Mio Tonnen Ammoniak (NH3). Das Verfahren verbraucht aber sehr viel Energie und verursacht weltweit ca. ein Prozent des Treibhausgasausstoßes da die CO2-Emmissionen hoch sind. Das Schwerpunktprogramm „Nitroconversion“ ist deshalb darauf ausgelegt, neue Wege der Stickstoffgewinnung zu erschließen. Aspekte dabei sind die klimafreundliche Nutzung erneuerbarer Energie und die Optimierung der Wertschöpfungskette.
Am Bedarf orientieren
An der Universität Bayreuth beschäftigen sich Wissenschafter mit den Grundlagen und der Entwicklung eines neuen Verfahrens für eine effiziente, kostengünstige und bedarfsorientierte NH3-Herstellung. Das angestrebte Verfahren in Kooperation mit dem Institut für Werkstoff-Forschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln und dem Institut für Chemieingenieurwesen an der Universität Ulm soll es auch Entwicklungsländern möglich machen, stickstoffhaltige Dünger für nährstoffarme Böden zu produzieren. Dabei werden nanostrukturierte Halbleiter (TiO2-Aerogele) durch Lichtbestrahlung mit Elektronen geladen und dann im Dunkeln mit Stickstoffmolekülen (N2) entladen so dass Ammoniak entsteht. Der Alternativ-Weg zum Haber-Bosch-Verfahren setzt auf die flexible Düngerproduktion vor Ort anstatt in großen zentralen Industrieanlagen.
Das Schwerpunktprogramm beschränkt sich aber nicht auf neue Wege zur NH3-Synthese. Es setzt bei der grundsätzlichen Herausforderung an, die starke Dreifachbindung des Stickstoffmoleküls N2 aufzubrechen. Ein weiteres Projekt in Bayreuth widmet sich deshalb der katalytischen Reduktion von N2, als natürliches Vorbild dienen Nitrogenasen. Diese Enzymkomplexe werden von neuartigen Katalysatormaterialien nachgeahmt. Die Forschen zielt darauf ab, optimale Elektroden und Elektrolyt-Kombinationen für die gewünschten Reaktionen zu entwickeln.
Es bietet sich im Schwerpunktprogramm die Chance, über mehrere Disziplinen hinweg zusammenzuarbeiten und den Voraussetzungen einer nachhaltigen Stickstoffgewinnung auf den Grund zu gehen. Die entwickelten Konzepte sollen flexibel und kostengünstig umsetzbar sein.
Quelle: Universität Bayreuth
