Chinesische Forscher haben einen Katalysator entwickelt, der Abwasser in Harnstoff umwandelt, den wichtigsten Baustein von Düngemitteln, und dabei die Produktionsrate im Vergleich zu bestehenden Methoden verdreifacht. Der Durchbruch, über den ein Team des Dalian Institute of Chemical Physics berichtet, könnte die Herstellung einer der weltweit am häufigsten verwendeten Chemikalien neu gestalten.
Ein Katalysator, der mit verschmutztem Wasser arbeitet
Der neue Katalysator besteht aus Nickel und Molybdän, zwei relativ häufigen Metallen. Er treibt eine chemische Reaktion an, die Stickstoff aus Abwasser mit Kohlendioxid zu Harnstoff verbindet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, die hochreines Wasser sowie extreme Hitze und Druck erfordern, arbeitet dieser Katalysator unter milderen Bedingungen und toleriert die Verunreinigungen in industriellem Abwasser. Das Team berichtete, dass der Katalysator eine Harnstoffproduktionsrate erreichte, die dreimal höher war als bei früheren Bestversuchen.
Warum lokale Gemeinden und Landwirte aufmerksam sein sollten
Harnstoff ist eine stickstoffreiche Verbindung, die in etwa der Hälfte der weltweiten Düngemittel verwendet wird. Aktuelle Produktionsmethoden basieren auf dem Haber-Bosch-Verfahren, das große Mengen Energie verbraucht und erhebliche Treibhausgase freisetzt. Der neue Ansatz, der in Laboren in Dalian, China, getestet wurde, bietet eine Möglichkeit, Harnstoff aus Abfallströmen statt aus Erdgas herzustellen. Für lokale Gemeinden in der Nähe von Industrieanlagen könnte das weniger Verschmutzung und eine günstigere Düngerquelle bedeuten. Landwirte, die mit steigenden Kosten für landwirtschaftliche Betriebsmittel konfrontiert sind, könnten von einer nachhaltigeren Lieferkette profitieren.
Was die Forschung tatsächlich zeigte
Die Wissenschaftler bauten einen Reaktor, der Abwasser mit Nitrat- und Nitritverbindungen, häufigen Schadstoffen aus Fabriken und Bauernhöfen, über den Nickel-Molybdän-Katalysator leitete. Dann führten sie Kohlendioxid zu und legten einen elektrischen Strom an. Der Katalysator wandelte die Stickstoffverbindungen mit hoher Effizienz selektiv in Harnstoff um. Der Prozess lief über 100 Stunden ohne Leistungsverlust kontinuierlich, was darauf hindeutet, dass er für den industriellen Einsatz hochskaliert werden könnte. Die Ergebnisse wurden in einer Fachzeitschrift mit Peer-Review veröffentlicht.
Diese Arbeit befindet sich noch im Laborstadium. Die Skalierung auf kommerzielle Niveaus erfordert weitere technische Entwicklung und Tests. Aber die Kernentdeckung, ein Katalysator, der die Harnstoffausbeute verdreifacht und dabei schmutziges Wasser als Ausgangsmaterial verwendet, weist auf eine Zukunft hin, in der Abfall eher eine Ressource als ein Problem darstellt.
