{"id":97799,"date":"2021-09-29T07:26:00","date_gmt":"2021-09-29T05:26:00","guid":{"rendered":"http:\/\/rss.nova-institut.net\/public.php?url=https%3A%2F%2Fwww.chemie.de%2Fnews%2F1172659%2Fkombination-von-sonnenlicht-und-abwassernitrat-zur-herstellung-der-weltweiten-nr-2-chemikalie.html%3FWT.mc_id%3Dca0065"},"modified":"2021-09-28T14:23:29","modified_gmt":"2021-09-28T12:23:29","slug":"kombination-von-sonnenlicht-und-abwassernitrat-zur-herstellung-der-weltweiten-nr-2-chemikalie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/kombination-von-sonnenlicht-und-abwassernitrat-zur-herstellung-der-weltweiten-nr-2-chemikalie\/","title":{"rendered":"Kombination von Sonnenlicht und Abwassernitrat zur Herstellung der weltweiten Nr. 2 Chemikalie"},"content":{"rendered":"\n\n\n
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Ingenieure der University of Illinois Chicago haben eine solarbetriebene elektrochemische Reaktion entwickelt, die nicht nur Abwasser zur Herstellung von Ammoniak – der weltweit am zweith\u00e4ufigsten produzierten Chemikalie – nutzt, sondern auch einen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Sonnenenergie in Kraftstoff erreicht, der zehnmal besser ist als bei jeder anderen vergleichbaren Technologie.<\/p>\n\n\n\n

“Diese Technologie und unsere Methode haben ein gro\u00dfes Potenzial f\u00fcr die bedarfsgerechte Synthese von D\u00fcngemitteln und k\u00f6nnten einen immensen Einfluss auf den Landwirtschafts- und Energiesektor in Industrie- und Entwicklungsl\u00e4ndern sowie auf die Bem\u00fchungen zur Verringerung der Treibhausgase aus fossilen Brennstoffen haben”, sagte der leitende Forscher Meenesh Singh, Assistenzprofessor f\u00fcr Chemieingenieurwesen am UIC College of Engineering.<\/p>\n\n\n\n

Ammoniak, eine Kombination aus einem Stickstoffatom und drei Wasserstoffatomen, ist eine Schl\u00fcsselverbindung f\u00fcr D\u00fcngemittel und viele Industrieprodukte wie Kunststoffe und Arzneimittel. Die derzeitigen Verfahren zur Herstellung von Ammoniak aus Stickstoff erfordern enorme W\u00e4rmemengen, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt werden, um die starken Bindungen zwischen den Stickstoffatomen aufzubrechen, damit sie sich mit Wasserstoff verbinden k\u00f6nnen. Dieser jahrhundertealte Prozess verursacht einen erheblichen Teil der weltweiten Treibhausgasemissionen, die eine treibende Kraft des Klimawandels sind.<\/p>\n\n\n\n

Zuvor hatten Singh und seine Kollegen eine umweltfreundliche Methode zur Herstellung von Ammoniak entwickelt, bei der reines Stickstoffgas durch ein elektrisch geladenes, mit einem Katalysator versehenes Sieb in einer w\u00e4ssrigen L\u00f6sung gefiltert wird. Diese Reaktion verbrauchte nur eine winzige Menge fossiler Energie, um das Sieb zu elektrisieren, das Stickstoffatome aufspaltet, aber es wurde mehr Wasserstoffgas (80 %) als Ammoniak (20 %) erzeugt.<\/p>\n\n\n\n

Nun haben die Forscher dieses Konzept verbessert und eine neue Methode entwickelt, bei der Nitrat, eine der h\u00e4ufigsten Grundwasserverunreinigungen, als Stickstofflieferant und Sonnenlicht zur Elektrifizierung der Reaktion verwendet wird. Das System erzeugt nahezu 100 % Ammoniak ohne Nebenreaktionen mit Wasserstoffgas. Die Reaktion kommt ohne fossile Brennstoffe aus und erzeugt kein Kohlendioxid oder andere Treibhausgase. Durch die Nutzung von Sonnenenergie wird ein beispielloser Wirkungsgrad von 11 % erreicht, der zehnmal besser ist als bei jedem anderen modernen System zur Ammoniakproduktion (etwa 1 % STF).<\/p>\n\n\n\n

Die neue Methode beruht auf einem Kobaltkatalysator, den die Forscher zusammen mit dem neuen Verfahren in ihrem Papier “Solar-Driven Electrochemical Synthesis of Ammonia using Nitrate with 11% Solar-to-Fuel Efficiency at Ambient Conditions” beschreiben.<\/p>\n\n\n\n

Um den Katalysator zu identifizieren, wendeten die Forscher zun\u00e4chst die Rechentheorie an, um vorherzusagen, welches Metall am besten funktionieren w\u00fcrde. Nachdem sie anhand dieser Modelle Kobalt identifiziert hatten, experimentierte das Team mit dem Metall und probierte verschiedene M\u00f6glichkeiten aus, um seine Aktivit\u00e4t in der Reaktion zu optimieren. Die Forscher fanden heraus, dass eine raue, aus der Oxidation stammende Kobaltoberfl\u00e4che am besten geeignet war, um eine selektive Reaktion zu erzeugen, d. h. fast alle Nitratmolek\u00fcle in Ammoniak umzuwandeln.<\/p>\n\n\n\n

“Einen aktiven, selektiven und stabilen Katalysator zu finden, der in einem solarbetriebenen System funktioniert, ist ein starker Beweis daf\u00fcr, dass eine nachhaltige Synthese von Ammoniak im industriellen Ma\u00dfstab m\u00f6glich ist”, so Singh.<\/p>\n\n\n\n

Die Reaktion selbst ist nicht nur kohlenstoffneutral, was gut f\u00fcr die Umwelt ist, sondern wenn das System f\u00fcr den industriellen Einsatz entwickelt wird, k\u00f6nnte es auch einen fast negativen, restaurativen Effekt auf die Umwelt haben.<\/p>\n\n\n\n

“Die Verwendung von Abwassernitrat bedeutet, dass wir den Schadstoff auch aus dem Oberfl\u00e4chen- und Grundwasser entfernen m\u00fcssen. Im Laufe der Zeit kann das Verfahren also gleichzeitig dazu beitragen, Industrieabf\u00e4lle und Abw\u00e4sser zu korrigieren und den Stickstoffkreislauf wieder ins Gleichgewicht zu bringen, insbesondere in l\u00e4ndlichen Gebieten, die m\u00f6glicherweise wirtschaftliche Nachteile haben oder durch die hohe Belastung mit \u00fcbersch\u00fcssigem Nitrat am st\u00e4rksten gef\u00e4hrdet sind”, so Singh.<\/p>\n\n\n\n

Eine hohe Nitratbelastung des Trinkwassers wird mit Gesundheitsst\u00f6rungen wie Krebs, Schilddr\u00fcsenerkrankungen, Fr\u00fchgeburten und niedrigem Geburtsgewicht in Verbindung gebracht.<\/p>\n\n\n\n

“Wir sind alle sehr erfreut \u00fcber diesen Erfolg, und wir werden hier nicht stehen bleiben. Wir hoffen, dass wir bald einen gr\u00f6\u00dferen Prototyp haben werden, mit dem wir in einem viel gr\u00f6\u00dferen Ma\u00dfstab testen k\u00f6nnen”, sagte Singh, der bereits mit kommunalen Unternehmen, Kl\u00e4ranlagen und anderen in der Branche zusammenarbeitet, um das System weiter zu entwickeln.<\/p>\n\n\n\n

Ein Patent f\u00fcr das neue Verfahren wurde vom UIC-B\u00fcro f\u00fcr Technologiemanagement angemeldet.<\/p>\n\n\n\n