(Sydney) – Ingenieure der australischen University of New South Wales (UNSW) und der University of Sydney haben einen Weg gefunden, „grünes Ammoniak aus Luft, Wasser und erneuerbarem Strom herzustellen“. Dies funktioniere den Forschern zufolge ohne die hohen Temperaturen, den hohen Druck und die Infrastruktur, die derzeit für die Produktion dieser Verbindung erforderlich sind.
Die Ammoniaksynthese sei „eine der entscheidenden Errungenschaften des 20. Jahrhunderts“, so die Wissenschaftler. Durch den Einsatz in Düngemitteln, die den Ertrag von Nahrungsmitteln vervierfachten, konnte die Landwirtschaft eine ständig wachsende Weltbevölkerung versorgen.
Ammoniakproduktion energieintensiv
Allerdings ist die industrielle Produktion mit fossilen Brennstoffen energieintensiv: Sie erfordert Temperaturen von mehr als 400 Grad Celsius und Drücke von mehr als 200 bar. Emma Lovell, Mitautorin der Studie an der School of Chemical Engineering der UNSW, sagt, dass die traditionelle Art der Herstellung von Ammoniak (NH3) mit dem Haber-Bosch-Verfahren weltweit etwa zwei Prozent der globalen Energieerzeugung benötigt und ein Prozent des CO2-Ausstoßes verantwortet – mehr als jede andere Reaktion zur Herstellung von Chemikalien.
Aus der Luft gegriffen
Lovell und Kollegen untersuchten, wie man Ammoniak kostengünstig in kleinerem Maßstab und mittels erneuerbarer Energie herstellen kann. Das nun vorgestellte Verfahren sei weder auf fossile Brennstoffe angewiesen noch stoße es CO2 aus.
Co-Autor Ali Jalili und seine Kollegen entwickelten Laborexperimente („Proof-of-Concept“), die Plasma verwendeten, um Luft in das Zwischenprodukt NOx umzuwandeln, entweder NO2- (Nitrit) oder NO3- (Nitrat). Der Stickstoff (N2) in diesen Verbindungen sei reaktiver als N2 in der Luft. Die Forscher entwickelten skalierbare Plasmareaktoren, „die das NOx-Zwischenprodukt mit einer signifikanten Rate und hoher Energieeffizienz erzeugen können“, sagt Ali Jalili: „Sobald wir dieses Zwischenprodukt in Wasser erzeugt hatten, wurde die Entwicklung eines Katalysators und die Skalierung des Systems wesentlich einfacher. Der Durchbruch unserer Technologie lag in der Konstruktion der Hochleistungsplasmareaktoren in Verbindung mit der Elektrochemie.“
Lösung für Speicherung und Transport
Rose Amal, Co-Direktorin des Training Centre for Global Hydrogen Economy am Australian Reseach Council, sagt, dass die grüne Methode der Ammoniakproduktion das Problem der Speicherung und des Transports von Wasserstoff lösen könnte. Zur Wasserstoffspeicherung benötige man viel Volumen oder man müsse das Gas komprimieren oder verflüssigen. Ammoniak könne mittels erneuerbarer Energien „potenziell in großen Mengen für den Export hergestellt werden“. Der Empfänger könne dann das Ammoniak entweder aufspalten und wieder in Wasserstoff und Stickstoff umwandeln, oder als Kraftstoff verwenden. „Daher gibt es ein zunehmendes Interesse an der Verwendung von Ammoniak als potenzieller Energievektor für eine kohlenstofffreie Wirtschaft.“
Spin-Off zur Kommerzialisierung
Die neue Produktionsmethode habe das Potenzial, eine Rolle beim globalen Übergang zu einer Wasserstoffwirtschaft zu spielen, in der Ammoniak zunehmend als Lösung für das Problem der Speicherung und des Transports von Energie gesehen wird. Im nächsten Schritt will sich das Forscherteam der Kommerzialisierung seiner Laborergebnisse zuwenden und strebt ein Spin-Off an. Sobald die Methode kommerziell verfügbar sei, könne die Technologie genutzt werden, um Ammoniak direkt vor Ort und nach Bedarf zu produzieren.“ Landwirte könnten dies sogar vor Ort tun, was Lagerung und Transport überflüssig mache.
Deep Link
https://newsroom.unsw.edu.au/news/science-tech/new-eco-friendly-way-make-ammonia-could-be-boon-agriculture-hydrogen-economy
Energy & Environmental Science: „A hybrid plasma electrocatalytic process for sustainable ammonia production“
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/EE/D0EE03769A#!divAbstract
Foto
University of New South Wales / © UNSW
