Wissenschaftler lösen ein großes Ammoniak-Problem durch Durchbruch bei Platin-Katalysator

Was die Studie zeigt

In der Zeitschrift „Joule" veröffentlichte Studie demonstriert das Team einen Katalysator, der die Verbrennung knapp über 200 Grad Celsius einleitet und eine saubere Reaktion bis zu 1.100 Grad Celsius ermöglicht.

Der Prozess wandelt Ammoniak vollständig Stickstoff und Wasser um und erzeugt dabei lediglich Spuren. „Die Schwerindustrie benötigt hochwertige Wärme, nicht nur einen sauberen Auspuff", betont Assistant Professor He. „Wir wollten zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Ammoniak leichter entflammbar machen und gleichzeitig die NOx-Emissionen bei hohen Betriebstemperaturen niedrig halten." Die Lösung basiert auf einem Einzelatom-Platin-Katalysator.

Das Team entwickelte ein Material, bei dem einzelne Platinatome über eine langlebige Aluminiumoxid-Trägerstruktur verteilt sind, die zusätzlich mit Zirkonia verstärkt wurde. Jedes Platinatom fungiert dabei als eigenständiger Reaktionsort.

Diese spezifische Struktur verhindert, dass sich

Diese spezifische Struktur verhindert, dass sich das Platin unter intensiver Hitze Agglomeraten zusammenballt, und sichert so die Stabilität des Katalysators auch bei Temperaturen über 1.000 Grad Celsius.

Laborversuche bestätigten die Effizienz: Der Katalysator zündete Ammoniak bei etwa 215 Grad Celsius – deutlich niedriger als die üblicherweise erforderlichen 500 Grad Celsius oder mehr. Zudem hielt er eine stabile Verbrennung bei 1.100 Grad Celsius aufrecht. Die Struktur des Katalysators lenkt die Reaktion ab.

Bildgebende Studien zeigten, dass die Platinatome auch nach 80 Betriebsstunden gleichmäßig verteilt und aktiv blieben, was die hohe thermische Beständigkeit des Materials unterstreicht. „Hier zählt das Design-Prinzip", erklärt Professor Yan. „Die Kombination eines hitzestabilen Trägers mit isolierten Metallatomen ermöglicht es uns, sowohl eine frühe Zündung als auch Widerstandsfähigkeit bei extremen Temperaturen zu erreichen." Das System begünstigt über Stickstoffoxiden.

Was die Studie zeigt

Assistant Professor He fgt hinzu, dass Industrien ihre Anlagen mit minimalen nderungen nachrsten knnten, um die Vorteile einer sauberen Wrmeenergie zu nutzen, ohne ihre Werke zu mssen. Die Forscher arbeiten nun daran, die Technologie näher an den industriellen Einsatz heranzuführen.

Mit Unterstützung des NUS Centre for Hydrogen Innovations bereitet das Team Pilotversuche in speziell für den sicheren Umgang mit Ammoniak ausgelegten Anlagen vor.

Geplant ist die Evaluierung des Katalysators in industriellen Brennern, Gasturbinen und Hochtemperaturreaktoren unter realen Betriebsbedingungen. „Ammoniak hat stets als kohlenstoffarmer Brennstoff Potenzial gezeigt, doch erst die Lösung eines langjährigen chemischen Problems machte es wirklich nutzbar", sagt Yankun, Erstautor der Publikation. „Unser Katalysator beweist, dass es möglich ist, die Energie aus Ammoniak sauber und zuverlässig freizusetzen." Dieser Durchbruch bringt die Branche einen entscheidenden Schritt näher an kohlenstofffreie industrielle Wärme.

Quelle: „Single-atom catalysts enabled catalytic ammonia combustion at 1,100°C", Bingqing Yao, Liang Xu, Shangchen Lu, Chaokai Xu, Peijie Han, Sheng Dai, Sikai Wang, Shibo Xi, Boon Siong Neo, Ning Yan und Qian He, 3. Juli 2025, Joule. DOI: 10.1016/j.joule.2025.102030