Mit komplexen Metallhydriden lässt sich der Energieverbrauch bei der Ammoniak-Herstellung, die aus einem Stickstoff- und drei Wasserstofftomen besteht, drastisch reduzieren, wie Forscher der Dänischen Technischen Universität (DTU) und des Dalian Institute of Chemical Physics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zeigen.
Energieeffiziente Ammoniak Produktion
Die Reaktionstemperatur lässt sich mit Katalysatoren aus dieser Materialklasse von mehr als 400 Grad Celsius auf 300 Grad senken, was bereits ein wenig Energie einspart. Entscheidend aber ist die Reduzierung des Drucks von 150 auf weniger als zehn Bar, sagen die Experten.
Während der Mensch mit dem Haber-Bosch-Verfahren und ähnlichen Techniken zur Ammoniak-Herstellung auf hohe Temperaturen und Drücke angewiesen ist, begnügt sich die Natur mit Umgebungsdruck und -temperatur, um Ammoniak biologisch herzustellen. Die Ausbeute ist allerdings so gering, dass dieser Weg großtechnisch nicht machbar ist.
Weltweit liegt der Ammoniakbedarf bei 200 Mio. Tonnen pro Jahr mit steigender Tendenz. Denn es wird angesichts steigender Bevölkerungszahlen immer mehr Dünger nachgefragt, der auf der Basis von Ammoniak hergestellt wird.
Diese neue Klasse von Katalysatoren befindet sich irgendwo zwischen dem biologischen und dem industriellen Prozess. Unser Verfahren hat etwas vom menschlichen künstlichen Prozess – heterogene Katalyse – und etwas von dem, was in der enzymatischen und homogenen Katalyse vor sich geht. Es ist eine völlig neue Art der Herstellung von Ammoniak, und wir verwenden das Beste aus beiden Welten, so dass wir die Temperatur und den Druck deutlich senken können.
Tejs Vegge, Professor und Leiter des Instituts für Energieumwandlung und -speicherung der DTU
Suche nach bestem Katalysator
Komplexe Metallhydride bestehen aus Hydrid-Ionen, das sind geladene Wasserstoffatome, einem Metall und einem Metall-Ion. Jeder dieser Bestandteile kann in unterschiedlicher Zahl vorhanden sein, sodass die Familie der komplexen Metallhydride sehr groß ist. Aufgabe der Forscher ist es jetzt, darin den Katalysator zu finden, der die besten Eigenschaften hat. Im Augenblick machen Metallhydride aus Lithium oder Barium, Ruthenium und Wasserstoff den besten Eindruck. Eine umweltverträglichere Herstellung von Ammoniak würde dem Klima guttun. Die heutige Art der Produktion ist für 1,5 Prozent der globalen CO2-Emissionen verantwortlich.