Bisher wird Ammoniak überwiegend auf Basis von fossilen Rohstoffen und nicht erneuerbarer Energie hergestellt, doch der Elektrochemiker Alexander Opitz und sein Team entwickeln eine nachhaltige Alternative dazu.
Weltweit werden fast 150 Millionen Tonnen Ammoniak pro Jahr hergestellt. Der überwiegende Teil davon wird für die Produktion von Kunstdünger benutzt. Beim Haber-Bosch-Verfahren werden mit mehreren Hundert Atmosphären Druck und mit mehreren Hundert Grad Celsius die Stickstoffmoleküle in der Luft aufgebrochen, um Ammoniak herzustellen. Dieser chemische Prozess soll so energieaufwendig sein, dass allein die Produktion von Ammoniak für 1,4 Prozent der weltweiten Kohlenstoffdioxidemissionen und etwa 1 Prozent des globalen Energieverbrauchs verantwortlich ist. Da sich dieses Verfahren erst in großem Maßstab wirtschaftlich rentiert, konzentriert sich die weltweite Ammoniakproduktion auch auf nur etwa 100 industrielle Anlagen.
Im Projekt „Pflanzen mit Strom füttern“ (2021–2024), das im Rahmen des 1000-Ideen-Programms für besonders innovative Forschung vom FWF finanziert wird, arbeiten Alexander Opitz und sein Team an der Technischen Universität Wien an einer nachhaltigen Alternative. Konkretes Ziel ist es, ein neues elektrochemisches Verfahren der Ammoniakerzeugung auf Basis nachhaltiger Energie und Rohstoffe zu entwickeln. „Anstatt mit viel Energieaufwand Wasserstoffgas mit Hunderten Bar Druck zu erzeugen, damit es sich an den Stickstoff binden kann, nutzen wir die Prozesse an den Elektroden elektrochemischer Zellen – ähnlich wie bei der Elektrolyse“, erklärt Opitz.
Zwar wird die Forschung an der elektrochemischen Ammoniakproduktion noch einige Zeit andauern, doch Opitz und sein Team sind hoch motiviert und haben ihren Blick auch schon auf etwaige Anwendungsgebiete gerichtet. „Unser Zugang könnte auch andere chemische Reaktionen mit Wasserstoff auf nachhaltigere Beine stellen. Außerdem können wir damit eine dezentralisierte Ammoniakproduktion ermöglichen, denn unsere Technologie lässt sich relativ einfach größer und kleiner skalieren. Zum Beispiel könnten landwirtschaftliche Betriebe dann mit einer kleinen Anlage Ammoniak für ihren lokal benötigten Dünger selbst erzeugen. Damit könnten sie die Pflanzen auf ihren Feldern mit Stickstoff aus eigener Produktion füttern.“
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