Forscher in Australien entwickeln neuen Katalysator für eine der weltweit meistproduzierten Chemikalien.
Dünger, Kunststoff, Medikamente, Lebensmittel: Ammoniak wird zur Herstellung zahlreicher Produkte benötigt, die aus dem Alltag kaum wegzudenken sind. Die Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff gilt zugleich als wichtig für die Energie- und Verkehrswende, etwa als Transportmedium für grünen Wasserstoff. Vor allem wegen der steigenden Nachfrage in diesen nachhaltigen Sektoren rechnen Analysten mit einer Verdreifachung des Ammoniakmarktes bis 2050.
Doch dafür sind neue umweltfreundliche Produktionsmethoden gefragt, denn der bisherige Industriestandard, das Haber-Bosch-Verfahren, erfordert hohe Temperaturen und Drücke. Bis zu zwei Prozent der weltweiten CO2-Emissionen sind Schätzungen zufolge allein auf die Produktion von Ammoniak zurückzuführen. Zur Reduzierung könnte künftig eine Methode beitragen, die in Australien unter Federführung des Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) entwickelt wurde. Im Vergleich mit dem Haber-Bosch-Verfahren würden 20 Prozent weniger Wärme und 98 Prozent weniger Druck benötigt, erklärt Dr. Karma Zuraiqi, Hauptautorin der Studie in der Fachzeitschrift Nature Catalysis. Möglich werde dies durch eine effektive Katalyse.
Flüssiges Gallium und Kupfer: „So effektiv wie der Goldstandard“
Während dabei bislang meist Edelmetalle wie Ruthenium als Katalysator zum Einsatz kamen, um die Grundstoffe Stickstoff und Wasserstoff aufzuspalten, setzt das Forscherteam auf Kupfer und Gallium in geschmolzener Form. Dadurch könnten die chemischen Elemente dynamischer bewegt werden und die Reaktionen seien effizienter, so der beteiligte RMIT-Professor Torben Daeneke. Einzeln seien Kupfer und Gallium schlechte Katalysatoren für die Ammoniakproduktion, aber zusammen erfüllen sie ihre Aufgabe laut Daeneke sehr gut. In Labortests spaltete Gallium den Stickstoff auf, während Kupfer die Aufspaltung von Wasserstoff unterstützte. Der neue Niedrigenergie-Ansatz habe sich als genauso effektiv wie der derzeitige Goldstandard erweisen, sei dabei aber wesentlich klimafreundlicher und zudem kostengünstiger.
Ein weiterer Vorteil: Während die Herstellung von Ammoniak nach dem Haber-Bosch-Verfahren nur in großen Anlagen möglich sei, eigne sich die alternative Methode auch für kleinere und dezentrale Produktionen, etwa in Solarparks, was wiederum Transportkosten und Emissionen senke.
Das RMIT will sich nun der Kommerzialisierung der Technologie annehmen und sie für den Gebrauch in verschiedenen Industriebranchen hochskalieren.
Mehr zu Rohstoffen und grünem Ammoniak: Über umweltfreundliche Produktionsverfahren für Ammoniak unter Einsatz kritischer Rohstoffe haben wir bereits mehrfach berichtet. Flüssiges Gallium spielte auch in einer früheren Forschungsarbeit des RMIT eine zentrale Rolle. Seltene Erden könnten die Ammoniakproduktion ebenfalls grüner machen, wie kürzlich Forscher in den USA entdeckt haben.
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