A nitrogéntartalmú műtrágyák nélkülözhetetlenek a világ növekvő népességének táplálásához. Az ipari célra, különösen műtrágyagyártásra felhasználható nitrogén fenntartható termelése áll a Német Kutatási Alapítvány (DFG) Nitroconversion elnevezésű kiemelt programjának középpontjában.
2022. július 25.
Az alapítvány által kiválasztott tizenegy támogatott kutatás közül kettőt a Bayreuthi Egyetemen végeznek. Az alapítvány három éven keresztül finanszírozza a két projektet, valamint a program koordinálását, összesen mintegy 1,5 millió eurót költenek rá.
A vegyipar már több mint száz éve használja a Haber-Bosch eljárást az ipari célú nitrogén előállítására, így évente körülbelül 180 millió tonna ammóniát (NH4) gyártanak szintetikusan.
Ezt műtrágyák, de például hűtőközegek vagy műanyagok készítésére is használják. A folyamat azonban sok energiát igényel és magas a CO2-kibocsátása is, az ammóniagyártás felelős az üvegházhatást okozó gázok éves kibocsátásának körülbelül egy százalékáért világszerte. Éppen ezért a kiemelt kutatás célja, hogy alapjaiban más, új utakat nyisson meg a fenntarthatóbb nitrogéntermelés felé. Lényeges szempont a megújuló energiák klímabarát felhasználása is, a program ezzel is hozzájárul az ENSZ fenntarthatósági céljaihoz.
Elképzelhető, hogy a fejlődő országok olyan helyzetbe kerülhetnek, amikor nitrogéntartalmú műtrágyákat kell gyártaniuk a termésátlagok növeléséhez a tápanyagszegény talajokon. A Bayreuthi Egyetem, a kölni anyagkutató intézet, valamint az Ulmi Egyetem vegyészmérnöki intézetének kutatói, Roland Marschall, Barbara Milow, valamint Dirk Ziegenbalg azon dolgoznak, hogy strukturált félvezetőket (TiO₂ aerogéleket) fénybesugárzással elektronokkal töltenek fel, majd ezek a félvezetők sötétben nitrogénmolekulákat szabadítanak fel, miközben ammónia termelődik.
A kutatócsoport ebben a projektben azt szeretné elérni, hogy igény szerint lehessen bármikor, bárhol ammóniát előállítani.
A további lépések során egy olyan új típusú reaktor koncepcióját kívánják kidolgozni, amellyel ez az igény szerinti termelés nagy technológiai ráfordítás nélkül, nem helyhez kötötten valósul meg. Míg a Haber-Bosch folyamat a nagy központi ipari üzemekre támaszkodik, ez az alternatív útvonal a rugalmas helyszíni műtrágyagyártáson alapszik, fogalmazott Roland Marschall. A kutatás során azonban mégsem kizárólag az ammónia újszerű szintézisének kidolgozása a cél. Abból az alapvetésből kiindulva, hogy a nitrogén szinte kizárólag N2 molekula formájában fordul elő a természetben, amelyben a két nitrogénatom rendkívül erős hármas kötéssel kapcsolódik össze, a kutatók arra fókuszálnak, hogy ezt a kötést valahogy felbonthassák, és így a nitrogén felhasználhatóvá váljon műtrágyák és más termékek készítéséhez.
Ezért az egyetem második kutatási projektje a nitrogéntermelés speciális és központi jelentőségű lehetőségével foglalkozik: az N2 katalitikus redukciójával.
Olyan megfelelő elektródák és elektrolitkombinációk kifejlesztését tűzték célul, amelyek alkalmasak lehetnek a kívánt katalitikus reakciók kiváltására. Ebben a kutatásban Roland Marschall Christina Roth mérnökprofesszorral és Andrea Balduccival, a jénai Friedrich Schiller Egyetem kutatójával dolgozik együtt.
A tizenegy kiemelt kutatási projekt egyedülálló lehetőséget kínál arra, hogy szoros, multi- és interdiszciplináris együttműködésben feltárják a fenntartható nitrogéntermelés lehetőségeit, és rugalmasan megvalósítható, költséghatékony megoldásokat dolgozzanak ki.
Jelenleg 21 egyetem és kutatóintézet vesz részt a Nitroconversion programban. Mindegyik intézményben gyakorlatorientált, a klímavédelem, az energiahatékonyság és az erőforrás-takarékosság szempontjait is központba helyező folyamatokon dolgoznak, amelyek nem feltétlenül kötődnek a nyugati iparosodott országok csúcstechnológiai követelményeihez. A drasztikusan lecsökkent műtrágya- és gabonaexport következtében fenyegető élelmiszerválság nagyon gyors válaszlépéseket kíván az új kihívásokra, ezért fontos a kutatók együttműködése, fogalmazott a projekt koordinátora, Roland Marschall.
Forrás: Kertészet és Szőlészet/Bayreuthi Egyetem
Fotó: UBT/Christian Wissler
