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Umweltfreundliche Dünger

Die Erde mit Sonnenlicht ernähren

CO2 ist der Klimaschädling Nummer Eins. Ohne CO2 können wir die Welt aber nicht mit Nahrung versorgen. Kölner Forscher entwickeln ein chemisches Verfahren, um in Zukunft Dünger kohlendioxidfrei herzustellen - Und das aus Sonnenlicht. // Giuliano Roper und Lukas Schröter

26.07.2017//Die Sonne scheint auf das Heliostat vor dem Institut für Solarforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Ideales Wetter für Brendan Bulfin um sein Projekt vorzustellen, das Sonnenlicht voraussetzt. Bulfin ist Materialwissenschaftler und technischer Leiter für solare Verfahrenstechnik. Sein Projekt heißt Düsol- ein Zusammenschluss aus den Worten Dünger und solar. Es beinhaltet Grundlagenforschung der geeigneten Materialien bis hin zur Machbarkeitsstudie von industriellen Verfahren.    

Ammoniak macht es möglich die Welt zu ernähren

Genauer gesagt geht es um die Ammoniakgewinnung. Ammoniak ist die chemische Grundchemikalie, die hauptsächlich für die Düngerproduktion verwendet wird. Moderne Dünger vervierfachen den Ertrag und sind deshalb unverzichtbar, um die wachsende Bevölkerung zu ernähren. Ungefähr drei Prozent des Weltenergieverbrauchs wird für die Ammoniakproduktion benötigt. Jährlich werden weit über 100 Millionen Tonnen weltweit produziert, über 90 Prozent davon basieren auf dem Haber-Bosch-Verfahren.

Das Haber-Bosch-Verfahren. Von Giuliano Roper und Lukas Schröter

   

Alternative Gewinnung von Wasserstoff

Das Problem an diesem Verfahren ist, dass einer der Ausgangsstoffe das Erdgas ist. Aus dem Erdgas wird der, für die Ammoniaksynthese benötigte Wasserstoff, gewonnen und dabei fällt Kohlenstoffdioxid (CO2) als Abfallprodukt an. Es wird weltweit ungefähr so viel CO2 bei der Ammoniaksynthese erzeugt, wie Deutschland insgesamt emittiert. Die Alternative, an der Brendan Bulfin und seine Kollegen arbeiten, ist den notwendigen Wasserstoff in einem thermochemischen Prozess herzustellen. Doch Brendan Bulfin schätzt es realitisch ein, wie weit der Weg dahin noch ist: "Wir versuchen in eine Technologie vorzustoßen, in der es bereits eine bewährte Methode gibt. Deshalb müssen wir von Anfang an konkurrenzfähig sein." Bis Ende 2019 läuft das Projekt, das durch das Land NRW und die EU gefördert wird, inklusive einer Analyse der Wirtschaftlichkeit der Methode.

Die Wasserstoffherstellung. Von Giuliano Roper und Lukas Schröter

Grüne chemische Verfahrenstechnik

Analog zur Herstellung vom Wasserstoff, arbeiten die Forscher am DLR an der Gewinnung von Stickstoff durch Solarthermie. Der große Vorteil von diesen ist, dass die Wärme direkt benutzt werden kann. Es erfolgt keine Umwandlung in Elektrizität und die dabei entstehenden Umwandlungsverluste werden vermieden. Das macht die Solarthermie effizienter. Noch steht diese Technologie am Anfang, aber Brendan Bulfin erklärt: "Die gesamte Agrarindustrie steht vor dem Problem der Nachhaltigkeit. Nachhaltige, regenerative Methoden in der Agrarindustrie einzuführen wird in Zukunft sehr wichtig sein. Es ist für mich unvorstellbar, dass wir in einem Jahrhundert immer noch Dünger mit Erdgas herstellen."

Dünger sorgt für Sicherheit

Neben dem Klimawandel ist eine sichergestellte Nahrungsmittelversorgung eine der größten Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Ohne Dünger bräuchte man ein Vielfaches an Ackerland für den gleichen Ertrag. Laut einer Prognose der UN soll die Bevölkerung in diesem Jahrhundert auf über elf Milliarden anwachsen. Schon jetzt ist die Nahrungsmittelsituation in weiten Teilen der dritten Welt kritisch und gerade in diesen Ländern ist das größte Bevölkerungswachstum zu erwarten. Es ist daher zwingend notwendig, dass Düngemittel genutzt werden. Und zwar solche, die das Klima nicht zusätzlich belasten.

Ein Artikel von Giuliano Roper und Lukas Schröter

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Giuliano Roper & Lukas Schröter

Redoxreaktion

Redoxreaktion steht für Reduktions-Oxidations-Reaktion. Bei ihr gibt ein Reaktionspartner Elektronen an den anderen Reaktionspartner ab. Die Elektronenabgabe wird Oxidation genannt und die Elektronenaufnahme wird Reduktion genannt. Beispiele für Redoxreaktionen sind sämtliche Verbrennungsvorgänge, aber auch die Bildung von Kochsalz oder Natriumchlorid.

Experte

Brendan Bulfin, geb. 1988, ist ein irischer Physiker, der auf Materialwissenschaft spezialisiert ist. Seit 2015 arbeitet er im Institut für Solarforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt in Köln. Foto: Schröter