Kat macht Umweltsünder Ammoniak "grün"

Landwirt beim Düngen seiner Felder: Ammoniak-Herstellung wird "grüner" (Foto: Ehrecke, pixabay.com)

Orlando/Blacksburg (pte002/02.02.2023/06:05) - Forscher der University of Central Florida ( https://www.ucf.edu ) (UCF) und der Virginia Tech ( https://www.vt.edu ) nutzen Ruthenium zur ökologischeren Herstellung von Ammoniak. Der Kat ist ein wertvolles Übergangsmetall aus der Familie der Platinmetalle, jedenfalls ansatzweise. "Unsere Entdeckung gibt wichtige Hinweise darauf, wie effizientere Katalysatoren für eine nachhaltige Ammoniakproduktion entwickelt werden können", sagt Xiaofeng Feng vom Department of Physics der UCF.

Vier Nanometer sind optimal

Derzeit setzt Fengs Team auf Ruthenium-Nanopartikel im Größenbereich von zwei bis acht Nanometern. Diese haben die Forscher auf eine ganz besondere Weise angeordnet, die sie D5 nennen. Das begünstigt die Bildung von NH3, also Ammoniak. Die größten Umsetzungsraten erreichen sie allerdings mit Partikeln, die einen Durchmesser von vier Nanometern aufweisen. Doppelt so große Teilchen lassen die Effektivität auf ein Fünftel sinken, heißt es.

Ammoniak wird im Viele-Millionen-Tonnen-Maßstab hergestellt, vor allem um Dünger zu produzieren. Das verursacht, weil extrem energieaufwendig, bis zu einem Prozent der weltweiten CO2-Emissionen und benötigt bis zu fünf Prozent des weltweiten Gasangebots. Es geht auch ohne, und zwar mit einer elektrochemischen Synthese, bei der ausschließlich grüner Strom eingesetzt wird. Bisher gab es jedoch noch keinen Kat, der reaktionsunwillige Stickstoffatome mit je drei Wasserstoffatomen zu Ammoniak komplettiert.

Effizientere Materialien gesucht

Virginia-Tech-Katalyseexperte Hongliang Xin hat die Aufgabe, Partikelgröße und Effektivität per Computersimulation weiter zu verbessern. Die Experten planen, weiter zusammenzuarbeiten, um komplexere, effizientere Materialien für eine umweltverträgliche Ammoniakproduktion zu entwickeln. Sie werden die Katalysatormaterialien in fortschrittlichen Elektrolyseuren testen, um zu überprüfen, ob die theoretisch erreichbaren Ausbeuten auch in der Praxis Bestand haben.

Mit der Hinwendung zum Energierohstoff Wasserstoff könnte dieses Verfahren noch größere Bedeutung bekommen. Um das energiereiche Gas über weite Strecken zu transportieren, soll es in Ammoniak umgewandelt werden, das sich leichter verschiffen lässt als Wasserstoff, und am Ziel zurückverwandelt werden. Die neue Produktionstechnik könnte sehr viel Energie einsparen.

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