Energiefresser Ammoniak: Neues Gerät verspricht kleine Revolution

Die Landwirtschaft ist einer der treibenden Faktoren des Klimawandels. So findet die Produktion von Düngemitteln etwa noch unter hohem Energieaufwand statt. Forscherinnen und Forscher suchen deswegen nach Lösungen, diese Prozesse nachhaltiger zu machen.

Dabei könnte ein neues Gerät helfen, das Forscher der Stanford University in den USA und der King Fahd University in Saudi-Arabien entwickelt haben. Damit lässt sich Ammoniak aus der Luft ziehen. Außerdem ist es tragbar und nur knapp einen halben Meter hoch - kann also direkt am Feld verwendet werden.

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Mehr als 100 Jahre altes Verfahren zur Ammoniaksynthese 

Ammoniak ist ein wichtiger Bestandteil bei der Produktion von Düngemitteln. Die chemische Ammoniaksynthese wurde 1910 von der deutschen Firma BASF entwickelt. Dieses Haber-Bosch-Verfahren wird bis heute durchgeführt und hat sich kaum verändert. Dabei wird mit großem Energieaufwand, bei Temperaturen bis 500 °C und hohem Druck aus atmosphärischem Wasserstoff und Stickstoff Ammoniak hergestellt. 

Da das häufig mithilfe fossiler Brennstoffe, meist Erdgas, geschieht, macht es 1,2 Prozent des globalen CO2-Ausstoßes aus. Zudem verbraucht es 2 Prozent der weltweiten Energieressourcen. Zwar gibt es Bestrebungen, das Verfahren zu elektrifizieren, aktuell wird Ammoniak aber zu 90 Prozent mit der alten Methode hergestellt. 

Luftfilter für Ammoniak

Das neue Gerät hingegen kann den Stickstoff und Wasserstoff für die Ammoniaksynthese aus dem Wasserdampf in der Umgebungsluft ziehen. Wie bei einem Luftfilter wird sie dafür mit einer Ansaugpumpe eingezogen. Der Wasserdampf reagiert mit Katalysatoren auf einem Netz. 

Mithilfe eines Kühlsystems kondensiert der Dampf, wobei ammoniakreiche Tröpfchen entstehen. Sie werden an einer Kondensationsplatte aufgefangen. Das funktioniert bei Raumtemperatur, normalem Atmosphärendruck und mit einem Akku ohne externe Spannungsquelle. 

Hohe Temperaturen und niedrige Luftfeuchtigkeit

Wie gut das Gerät funktioniert, ist dabei abhängig von der Luftfeuchtigkeit, Umgebungstemperatur und der Windgeschwindigkeit. Getestet wurde es an 9 Standorten in der Bay Area von San Francisco. Als ideal stellte sich eine höhere Temperatur und niedrige Luftfeuchtigkeit heraus. Damit konnte eine ausreichende Menge hochkonzentriertes Ammoniak produziert werden.

In einem weiteren Laborexperiment haben sie zusätzlich Wasser versprüht, das von dem Gerät angesaugt wurde. So konnte mehr Ammoniak als aus der Luft gewonnen werden. Die Idee ist, dass die Maschine so zukünftig beim Bewässern der Pflanzen zusätzliche Mengen von Ammoniak produziert.

Besonders ergiebig waren bei den Versuchen demineralisiertes Wasser, aber auch einfaches Leitungswasser brachte gute Erträge. Die Maschine sammelte innerhalb von 2 Stunden genug Ammoniak, um damit Pflanzen in einem Gewächshaus zu düngen.

Tragbares Gerät für den Einsatz direkt beim Bauern

Mit dem Einbau eines Filters aus mikroporösem Stein könnte der Ammoniak-Ertrag noch weiter gesteigert werden. Dann sei das Gerät auch für eine großflächige landwirtschaftliche Nutzung geeignet. Landwirte könnten es direkt auf ihrem Hof verwenden, statt ihn vom Händler zu kaufen. So fallen die Transportwege weg, was zusätzlich CO2 einspart.

In 2 bis 3 Jahren zur Marktreife

Bis das Gerät marktreif ist, dürfte es noch 2 bis 3 Jahre dauern. In der Zwischenzeit wollen die Forscher das System verbessern und erweitern, um größere Mengen an Ammoniak zu gewinnen. Wenn das wirklich funktioniert, bahnt sich eine kleine Revolution bei der Herstellung von Ammoniak an, die künftig nicht nur weltweit CO2, sondern auch viel Energie einsparen könnte.

Neben der Landwirtschaft wird Ammoniak auch als Kältemittel eingesetzt. Zudem gewinnt es zunehmend Bedeutung als Energiespeicher. So könnte es künftig neben Wasserstoff eine Rolle bei grünen Treibstoffen spielen. Die energiesparende Herstellung von Ammoniak wird also zukünftig noch weiter an Bedeutung gewinnen.

Die Forschungsergebnisse wurden im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.