Neue Wasserstoff-Methode verspricht CO2-freie Ammoniak-Herstellung
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Forscher des MIT haben eine revolutionäre Methode zur Ammoniak-Produktion entwickelt. Sie nutzen dabei die natürliche Wärme und den Druck im Erdinneren.
Ammoniak ist aus dem Leben der Menschen kaum wegzudenken. Er dient als Ausgangsstoff für Stickstoffdünger, ohne die es der Landwirtschaft wohl kaum möglich wäre, eine wachsende Weltbevölkerung zu ernähren. Ohne ihn wäre wohl ein Viertel der Menschheit, momentan etwa zwei Milliarden Menschen, verloren.
Der Nachteil am Stickstoffdünger ist allerdings, dass bei seiner Herstellung erhebliche Mengen von Treibhausgasen emittiert werden. Das liegt etwa daran, dass der für das Haber-Bosch-Verfahren notwendige Wasserstoff noch immer aus Erdgas gewonnen wird, und dabei wird Kohlendioxid freigesetzt.
Aber die Synthese von Ammoniak benötigt auch enorme Energiemengen. Die Internationale Energieagentur (IEA) schätzte im Jahr 2021, dass etwa zwei Prozent des globalen Energiebedarfs auf die Ammoniak-Synthese entfallen.
Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben jetzt nach eigenen Angaben einen Weg gefunden, Ammoniak sauber und kostengünstig herzustellen – und zwar tief unter der Erde. Sie nutzen dabei die natürliche Wärme und den Druck im Erdinneren sowie die Reaktivität von Mineralien im Gestein. Die Erde selbst wird zum Chemiereaktor.
Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachmagazin Joule veröffentlicht.
Wasserstoff aus Eisengestein und Wasser
Das Prinzip ist einfach: Die Forscher pumpen Wasser, das mit einer Stickstoffquelle wie Nitrat und katalytisch wirkende Metallpartikel angereichert ist, in eisenreiches Gestein tief unter der Erde. Dort reagiert das Gemisch mit dem Eisen und erzeugt sauberen Wasserstoff. Dieser verbindet sich dann mit dem Stickstoff zu Ammoniak.
Über eine zweite Bohrung wird der so erzeugte Ammoniak wieder an die Erdoberfläche gepumpt. Das Verfahren nutzt die natürliche Wärme und den Druck im Erdinneren, die sonst in energieintensiven chemischen Anlagen erzeugt werden müssen. Auch der Wasserstoff, der normalerweise aus Methan gewonnen wird, wobei CO2 entsteht, wird hier emissionsfrei produziert.
Indem also der gesamte Haber-Bosch-Prozess zur Ammoniakherstellung unter die Erde verlegt wird, muss nur noch der Ammoniak selbst an die Oberfläche gepumpt werden. Das ist laut den Wissenschaftlern viel einfacher und billiger als Wasserstoff zu transportieren.
Großes Potenzial für sauberen und günstigen Ammoniak
Die Forscher nennen ihr Verfahren "geologischer Ammoniak", weil sie "unterirdische Temperaturen, Drücke, chemische Prozesse und vorhandene Gesteine nutzen, um Ammoniak direkt zu produzieren", so der MIT-Professor Iwnetim Abate. Noch wurde das Verfahren nur im Labor getestet, aber die Forscher sind zuversichtlich, dass es innerhalb der nächsten ein bis zwei Jahre in einem echten unterirdischen Umfeld erprobt werden kann.
Gelingt das, könnte das Verfahren ein großes Potenzial haben. Denn Ammoniak hat nicht nur als Düngemittel eine riesige Nachfrage, die sich bis 2050 noch verdoppeln, bis verdreifachen soll. Er kann auch direkt als CO2-freier Brennstoff genutzt werden, zum Beispiel in Turbinen, Motoren und Industrieöfen. Auch als Treibstoff für Schiffe und Flugzeuge wird Ammoniak derzeit erforscht.