Forscher der Technischen Universität Wien haben einen neuen Katalysator-Ansatz entwickelt, mit dem Ammoniak künftig mit deutlich geringerem Energieaufwand hergestellt werden könnte. Statt des energieintensiven Haber-Bosch-Verfahrens setzen sie auf metallorganische Frameworks (MOFs), die mit Licht, Wasser und Stickstoff aus der Luft arbeiten.
Das Haber-Bosch-Verfahren ist seit über 100 Jahren die Basis für die globale Düngemittelproduktion und damit für die Ernährung von Milliarden Menschen. Es verursacht jedoch etwa 1,2 Prozent der weltweiten Treibhausgasemissionen, da es hohe Drücke und Temperaturen erfordert.
Das neue Konzept nutzt poröse MOF-Strukturen mit Eisen als zentralem Metall. Durch gezielte Anpassung der umgebenden organischen Liganden kann das Material Stickstoffmoleküle binden und deren extrem stabile Dreifachbindung schwächen. Licht erzeugt dabei einen angeregten Zustand, der die schrittweise Umwandlung von Stickstoff und Protonen aus Wasser zu Ammoniak ermöglicht.
„Winzige Veränderungen bei den organischen Liganden können das Verhalten des Eisens stark beeinflussen“, erklärte Erstautorin Jana Bischoff vom Institut für Materialchemie der TU Wien. Die organischen Linker wirken dabei wie chemische Stellschrauben, die Elektronen verschieben und die Reaktivität optimieren.
Die Studie, die in internationaler Zusammenarbeit mit Teams aus den USA und Israel entstand, zeigt einen wichtigen Schritt hin zu maßgeschneiderten Katalysatoren für energieintensive Prozesse. Noch ist der Ansatz nicht industriell einsetzbar, eröffnet aber neue Perspektiven für eine nachhaltigere Ammoniak-Synthese.
