Energie-EffizienzRevolutionierung von Ammoniak: Das Streben nach Nachhaltigkeit und Effizienz in der Düngemittelproduktion
Zusammenfassung
Das Haber-Bosch-Verfahren, das für die weltweite Nahrungsmittelproduktion von entscheidender Bedeutung ist, wird aufgrund seiner erheblichen Kohlenstoffemissionen und seiner Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen kritisch überprüft. Innovationen für eine grüne Ammoniakproduktion beinhalten den Ersatz von fossilem Wasserstoff durch klimaneutrale Quellen und die Einbeziehung erneuerbarer Energien. Laura Torrente Murciano unterstreicht die Notwendigkeit einer kompletten Systemüberholung, einschließlich effizienterer elektrischer Kompressoren.
Die Forscher untersuchen flexible Reaktoren, die im Einklang mit der variablen Natur der erneuerbaren Energieversorgung arbeiten. Neue Techniken versprechen betriebliche Flexibilität und eignen sich für dezentralisierte Energiesysteme, was zu kleineren, anpassungsfähigeren Ammoniakanlagen führen könnte.
Experten wie Douglas MacFarlane und Serena DeBeer untersuchen die Stickstoffase-Enzyme, die Stickstoff auf natürliche Weise in Ammoniak umwandeln, und versuchen, deren Effizienz künstlich zu reproduzieren. Dieser biologische Ansatz könnte zu nachhaltigeren Methoden der Ammoniaksynthese führen.
Die Elektrokatalyse, auf die Ifan Stephens hinweist, ist ein weiterer Ansatz, der für die grüne Ammoniaksynthese erforscht wird. Trotz der derzeitigen Ineffizienzen und Verunreinigungsprobleme werden Fortschritte erzielt, die auf eine Zukunft für die lokalisierte Ammoniakproduktion hindeuten. MacFarlanes Unternehmen Jupiter Ionics will die Düngemittelproduktion vor Ort ermöglichen.
Insgesamt erfordert der Übergang zu einer nachhaltigen Ammoniakproduktion eine Umgestaltung der derzeitigen Prozesse, die Nutzung erneuerbarer Energien und die Nachahmung natürlicher Systeme, was das Potenzial hat, den ökologischen Fußabdruck der Düngemittelproduktion erheblich zu verringern und die landwirtschaftlichen Verfahren zu erneuern.
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Revolutionierung von Ammoniak: Das Streben nach Nachhaltigkeit und Effizienz in der Düngemittelproduktion
Enthüllung des Haber-Bosch-Erbes
Das Haber-Bosch-Verfahren, eine jahrhundertealte Erfindung, die für die weltweite Nahrungsmittelproduktion von zentraler Bedeutung ist, steht heute auf dem Prüfstand. Mit einer jährlichen Produktion von über 180 Millionen Tonnen Ammoniak war dieses Verfahren für das Wachstum der Weltbevölkerung unverzichtbar. Da dieses Verfahren jedoch sehr energieintensiv ist, da es in hohem Maße auf fossile Brennstoffe angewiesen ist und erhebliche Kohlendioxidemissionen verursacht, ist ein dringender Ruf nach Innovation laut geworden.
Der Antrieb für grünes Ammoniak
Die Umstellung auf eine grüne Ammoniakproduktion ist komplex und erfordert eine Umstellung von fossilem Wasserstoff auf klimaneutrale Quellen und die Integration von erneuerbarem Strom anstelle von Erdgas. Wie Laura Torrente Murciano von der Universität Cambridge betont, handelt es sich bei dieser Umstellung nicht nur um eine Optimierung, sondern um eine vollständige Überarbeitung der bestehenden Systeme. Die Herausforderung besteht nicht nur im Produktionsprozess, sondern auch darin, den gesamten Betriebszyklus zu überdenken, einschließlich des Einsatzes von elektrischen Kompressoren zur Steigerung der Effizienz.
Ammoniakproduktion neu denken: Flexibilität und Innovation
Der nächste große Sprung in der Ammoniakproduktion liegt in der Entwicklung flexibler Reaktoren, die sich an die schwankende Verfügbarkeit erneuerbarer Energie anpassen können. Die Forscher erforschen innovative Methoden, wie z. B. ein System, bei dem Ammoniak durch Absorption abgetrennt wird und unter viel niedrigerem Druck und in einem einzigen Behälter funktioniert. Dieser Ansatz verspricht eine größere Flexibilität und entspricht dem Trend zur dezentralen Energieförderung, was darauf hindeutet, dass zukünftige Ammoniakanlagen kleiner und anpassungsfähiger sein könnten.
Der Natur nacheifern: Von Nitrogenasen lernen
Auf der Suche nach einer Alternative zum Haber-Bosch-Verfahren lässt man sich auch von der Natur inspirieren. Nitrogenasen, Enzyme, die in der Natur Stickstoff in bioverfügbares Ammoniak umwandeln, stehen im Mittelpunkt der Forschung. Forscher wie Douglas MacFarlane und Serena DeBeer erforschen die Aktivitäten dieser Enzyme und versuchen, ihre Effizienz in künstlichen Umgebungen zu verstehen und nachzuahmen. Diese biologische Nachahmung eröffnet neue Wege für die Ammoniaksynthese, die möglicherweise zu nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Methoden führen können.
Elektrokatalyse: Die Grenze der Ammoniaksynthese
Die Elektrokatalyse erweist sich als vielversprechender Ansatz im Bereich der umweltfreundlichen Ammoniakproduktion. Trotz des geringen Wirkungsgrads und der Schwierigkeit, zwischen dem vom Katalysator erzeugten Ammoniak und dem aus Umweltverunreinigungen stammenden zu unterscheiden, haben Forscher wie Ifan Stephens vom Imperial College London Fortschritte bei der Entwicklung wirksamer Methoden gemacht. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der Kontrolle der Reaktionsumgebung, z. B. durch die Verwendung von Lithium-vermittelten Systemen, die die Bildung von Wasserstoff verhindern. Die Fortschritte auf diesem Gebiet weisen auf die Möglichkeit einer lokalen Ammoniakproduktion in kleinem Maßstab hin, eine Vision, die MacFarlane mit seinem Unternehmen Jupiter Ionics teilt, das die Düngemittelproduktion vor Ort verwirklichen will.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Weg zu einer nachhaltigen Ammoniakproduktion vielschichtig ist und eine Mischung aus der Umgestaltung bestehender Prozesse, der Nutzung erneuerbarer Energien und der Inspiration durch die Natur beinhaltet. Dieser Wandel hat das Potenzial, nicht nur die Umweltauswirkungen der Düngemittelproduktion zu verringern, sondern auch die Art und Weise zu revolutionieren, wie wir über einen der grundlegenden Bausteine der modernen Landwirtschaft denken und ihn produzieren.
Quelle (DE): www.spektrum.de/news/ammoniak-produktion-ersatz-fuer-den-haber-bosch-prozess/2198508
