Durch Elektrolyse: Wie aus Luft und Wasser Düngemittel entstehen
Um Düngemittel nachhaltiger zu produzieren und nutzen zu können, haben Wissenschaftler eine neue Methode für die Herstellung entwickelt.
- Ansätze der Studie
- Nachteile der herkömmlichen Herstellung von Düngemitteln
- Ausblick
Übermäßige Rückstände herkömmlicher Düngemittel belasten Gewässer und Böden, die Herstellung der Mittel ist energieaufwändig. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) haben eine alternative Methode gefunden, Düngemittel herzustellen – aus Luft und Wasser mithilfe der sogenannten gepulsten Elektrolyse. „Dieses neuartige Verfahren nutzt überschüssigen Stickstoff aus Luft und Wasser als Ausgangsstoff und ermöglicht so die energieeffiziente Herstellung wertvoller Verbindungen wie Ammoniak und Harnstoff“, erklärt Dr. Dandan Gao, Chemikerin an der JGU, die gemeinsam mit Kollegen des chinesischen Harbin Institute of Technology die Studie durchführte. Langfristig wollen die Forscher dazu beitragen, Stickstoffabfälle aus der Umwelt in nützliche Produkte zu verwandeln.
Düngemittel mit gepulster Elektrolyse herstellen
Traditionell wird Ammoniak durch das Haber-Bosch-Verfahren hergestellt, einen äußerst energieintensiven Prozess, der Temperaturen von 400 bis 500 Grad Celsius und hohen Druck erfordert. Im Gegensatz dazu ermöglicht die gepulste Elektrolyse die Bildung von Ammoniak und sogar Harnstoff bei Raumtemperatur mithilfe von Elektrizität, idealerweise aus Sonnen- oder Windenergie. Dabei werden zwei Elektroden in nitrat- oder nitrathaltiges Wasser getaucht. Wird eine elektrische Spannung angelegt, werden diese Stickstoffverbindungen zu Ammoniak reduziert. Im Gegensatz zur herkömmlichen Elektrolyse variiert die gepulste Elektrolyse die Spannung und den Strom. Das verbessert nicht nur die Reaktionsleistung, sondern auch auf natürliche Weise den Umgang mit schwankendem Ertrag erneuerbarer Energiequellen.
Ergebnisse aller verfügbaren Studien verglichen
Wie Gao weiter betont, fehlte bislang ein umfassender Überblick über dieses Thema. Die Wissenschaftler haben alle verfügbaren Studien zur gepulsten Elektrolyse zusammengetragen und ihre Ergebnisse verglichen. „Unser Ziel ist es, das Bewusstsein für dieses umweltrelevante Forschungsfeld zu schärfen und eine solide Grundlage für künftige Arbeiten zu schaffen“, sagt Gao. Langfristig, so die Forscherin, könne die gepulste Elektrolyse dazu beitragen, den Stickstoffkreislauf neu zu gestalten und die Herstellung von Düngemitteln deutlich sauberer, effizienter und besser mit erneuerbaren Energien vereinbar machen.
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