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Ammoniak wird derzeit fast ausschließlich mit dem Haber-Bosch-Verfahren hergestellt. Dabei werden Stickstoff und Wasserstoff bei hoher Temperatur und hohem Druck an einem Katalysator (etwa Eisen oder Ruthenium) zu Ammoniak (NH3) synthetisiert. Das ist nur mit hohem Energieaufwand möglich. Schätzungen gehen davon aus, dass das Verfahren rund zwei Prozent des globalen Endenergieverbrauchs erfordert und mit 450 Mio. Tonnen etwa ein Prozent der globalen CO2-Emissionen verursacht.
Sonnenlicht mittels passender Katalysatoren in chemische Energie umzuwandeln, sei "mittlerweile eine weit verbreitete Strategie", erklärte Günther Rupprechter vom Institut für Materialchemie der Technischen Universität (TU) Wien in einer Aussendung. Allerdings gehe dabei ein großer Teil der Sonnenenergie sofort in Form von Wärme verloren, nur ein kleiner Teil werde tatsächlich für die gewünschte chemische Reaktion genutzt.
Dem Team um Rupprechter ist es gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von der Soochow University in China gelungen, für den Prozess nicht nur das absorbierte Sonnenlicht zu verwenden, um die chemische Reaktion anzuregen, sondern auch die dabei entstehende Wärme. Wie sie im Fachjournal "Advanced Functional Materials" berichten, kombinierten sie dafür das zweidimensionale Nanomaterial MXene (sprich: Maxeen) mit Nanopartikeln aus Gold.
Das vor allem aus Kohlenstoff und Titan zusammengesetzte MXene besteht aus parallelen atomar dünnen Schichten, die das Licht einfangen. In dem Material wird die Energie, die dabei entsteht, wenn das Sonnenlicht auf die MXene-Lamellen fällt, durch verschiedene Effekte zu den Gold-Nanopartikeln transportiert. Dort findet die eigentliche chemische Reaktion statt. Den Forschern zufolge ist die Wärmeenergie für 57 Prozent der Reaktivität verantwortlich.
"Unser MXene-Gold-Katalysator erreichte eine Ammoniak-Produktion von 2,1 Mol pro Gramm Katalysator pro Stunde - das ist ein sehr hoher Wert, der ein großes Potenzial für die industrielle Anwendung verspricht", erklärte Rupprechter.
(S E R V I C E - Link zur Studie: https://doi.org/10.1002/adfm.77363 )
WIEN - ÖSTERREICH: FOTO: APA/APA/TU Wien
