China entwickelt neuen Katalysator: Nitratverschmutzung wird zu Pflanzennahrung

Zudem kann es zu Grundwasserverunreinigungen und damit verbundenen Gesundheitsrisiken für Menschen und Tiere kommen. Um dies zu bekämpfen, behandeln die meisten Länder Abwasser, um Nitrat zu entfernen; dies ist jedoch teuer und energieintensiv. Dabei könnte jedoch ein wichtiger Aspekt übersehen werden: Das Nitrat enthält große Mengen an Stickstoff, einem wesentlichen Bestandteil von Düngemitteln überhaupt.

Ein chinesisches Team hat sich entschlossen, einen Weg zu finden, um dieses enorme Potenzial zu erschließen. Durchbruch bei der Umwandlung Dünger: Ammoniak ist, falls Sie es nicht wissen, eines der wichtigsten industriellen Chemikalien der Welt. Es wird zur Herstellung von Düngemitteln, Sprengstoffen, Chemikalien, Kältemitteln und potenziell zukünftigen Wasserstoff-Energiesystemen verwendet.

Die Umwandlung ist jedoch normalerweise sehr teuer und energieintensiv. Dies erfolgt typischerweise mittels des sogenannten Haber-Bosch-Verfahrens, das reines Stickstoffgas und Wasserstoff zu Ammoniak kombiniert. Dieses Verfahren erfordert sehr hohe Temperaturen und Drücke, die üblicherweise durch die Nutzung einigen Berichten verbraucht dies weltweit etwa 1–2 % des globalen Energieverbrauchs.

Wenn Sie Ammoniak stattdessen aus Abfallnitrat

Wenn Sie Ammoniak stattdessen aus Abfallnitrat herstellen können, reduzieren Sie potenziell die Verschmutzung, den Energieverbrauch und die Abhängigkeit könnte eine Art kreisförmige Düngemittelproduktion ermöglicht werden, was ßer Bedeutung ist. Das Herzstück der Entdeckung ist ein neuer Superkatalysator, der den Prozess unterstützt.

Diese, falls Sie es nicht wissen, sind spezielle Materialien, die chemische Reaktionen schneller und effizienter ablaufen lassen. In diesem Fall hat das chinesische Team einen sogenannten Dual-Atom-Katalysator (DAC) eingesetzt. Dieser unterscheidet sich ömmlichen Katalysatoren, die tendenziell entweder Einzelatom-Materialien oder Nanopartikel verwenden.

Für die Umwandlung der Einsatz zweier komplementärer Atome für mehrstufige Prozesse wie diesen entscheidend. Dies liegt daran, dass das atomare „Tag-Team" Elektronentransfers, Zwischenmoleküle, das Aufbrechen und Bilden öglicht. Interessanterweise hat das Team zudem künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt, um die besten Atompaare für die Aufgabe zu finden.

Statt Tausende ühren, half die KI

Statt Tausende ühren, half die KI dabei, die vielversprechendsten Potentiale zur Prüfung einzugrenzen und sparte damit viele Stunden vergeblicher Zeit. Und das hat sich wirklich gelohnt. Nach Angaben des Teams ist der Katalysator nahezu dreimal so effizient wie andere ähnliche Katalysatoren. Sollte dies zutreffen, könnte er deutlich höhere Ammoniak-Ausbeuten und Umwandlungsraten erzielen sowie weniger Abfall produzieren.

Das bedeutet insgesamt mehr Nutzen bei geringeren Kosten und gleichzeitig die Bewältigung eines sehr ernstzunehmenden industriellen und landwirtschaftlichen Umweltproblems. Ein Durchbruch, zweifellos, doch es ist wichtig zu betonen, dass es sich hier noch um Arbeit im Gange handelt. Derzeit konnte das Team den Katalysator lediglich unter Laborbedingungen und in kleinen Chargen demonstrieren.

Ob er in der „realen Welt" funktioniert, skaliert werden kann und ob der Prozess Schwankungen in Abwässern aus der Tierhaltung bewältigen kann, steht noch zu beweisen. Die Studie können Sie selbst im Journal of the American Chemical Society einsehen.