Ammoniak bald aus dem Plasma-Reaktor
Die für die Düngerproduktion wichtige Basischemikalie lässt sich – bisher im Labormaßstab – ohne den Einsatz von fossilem Erdgas klimafreundlicher herstellen.
Ammoniak-Produktion über das Haber-Bosch-Verfahren und über einen neuen Plasma-Prozess.
(Bild: © KIMM)
- Jan Oliver Löfken
Jedes Jahr werden rund 150 Millionen Tonnen Ammoniak, eine wichtige Basischemikalie für die Düngerproduktion, hergestellt. In dem vor mehr als 100 Jahren von Fritz Haber und Carl Bosch erfundenen Haber-Bosch-Verfahren kommen Stickstoff und Wasserstoff zum Einsatz. Es ist sehr ausgereift, aber energieintensiv. Der Wasserstoff wird dabei fast ausschließlich aus fossilem Erdgas gewonnen.
1,8 Prozent des Klimagases
Aktuelle Schätzungen machen die Ammoniak-Produktion für etwa 1,8 Prozent der jährlichen CO2-Emissionen verantwortlich. Einen deutlich klimafreundlicheren Prozess haben nun Forscher vom Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM) in Daejeon entwickelt.
Das Team um Dae Hoon Lee nutzte für ihr neues Verfahren ein heißes Plasma aus einer Wasser-Stickstoff-Atmosphäre. Dabei entstand eine Wolke aus elektrisch geladenen Ionen, aus der sich Wasserstoff und Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen mit einem sehr großen Anteil von 99 Prozent Stickstoffmonoxid bildete. Stickstoffmonoxid reagierte darauf mit dem Wasserstoff – katalytisch unterstützt – zu Ammoniak. Im Unterschied zum Haber-Bosch-Verfahren waren für diese Reaktion keine hohen Drücke von bis zu 200 bar und keine hohen Temperaturen von etwa 400 Grad Celsius nötig. Die Ausbeute dieses Plasma-Katalyse-Prozesses beziffern die Forscher auf stolze 95 Prozent.
Nachhaltiges Ammoniak?
"Diese vielversprechenden Ergebnisse können als Durchbruch auf dem Weg zu einer nachhaltigen und umweltfreundlichen Ammoniak-Produktion gelten", berichten die Forscher im Fachblatt "ACS Energy Letters". In der Tat hat dieser Plasma-Prozess das Potenzial für eine klimafreundliche Ammoniak-Produktion. Dafür müsste aber der zur Erzeugung des Plasmas notwendige Strom ausschließlich aus erneuerbaren Quellen stammen.
Zudem gilt es in einem ersten Schritt, dass andere Arbeitsgruppen die koreanischen Laborergebnisse reproduzieren. Danach stünde – wie bei vielen auf den ersten Blick bahnbrechenden Resultaten – die Skalierung des Plasma-Prozesses auf großtechnische Maßstäbe an. Sollte dies in Zusammenarbeit mit der Industrie in den kommenden Jahren gelingen, könnte die Ammoniak-Produktion nach und nach auf einen weitestgehend CO2-neutralen Plasma-Prozess umgestellt werden.
(bsc)
