Dünger aus Luft: Die katalytische Stickstofffixierung

Die Stickstofffixierung – die Umwandlung von molekularem Stickstoff (N2), dem Hauptbestandteil von Luft, in biologisch verfügbare Formen von Stickstoff Verbindungen, allen voran Ammoniak (NH3) und seine Derivate – ist einer der größten biologischen und industriellen Prozesse. Ammoniak ist essenzieller Bestandteil von Pflanzendünger und Ausgangspunkt für unzählige chemische Prozesse zur Herstellung von Materialien, Molekülen und Wirkstoffen. Durch die Entwicklung der industriellen Stickstofffixierung wurde überhaupt erst das rasante Bevölkerungswachstum im 20. Jahrhundert ermöglicht. Die technische Stickstofffixierung nach dem Haber-Bosch-Verfahren verantwortet etwa 3-4% des weltweiten Energieverbrauchs, vor allem durch die aufwändige Herstellung von Wasserstoff. Die Ausbeute der eigentlichen Stickstoff-Hydrierung zu Ammoniak verläuft bei hohen Drücken und Temperaturen mit einer Ausbeute von unter 20% -und ist dennoch bislang die effektivste Methode. Aktuell wird Ammoniak außerdem als potenzieller Energieträger untersucht. Die aktuelle Forschung widmet sich daher der Entwicklung neuer katalytischer Prozesse, die z.B. auch unabhängig von großindustriellen Anlagen durchgeführt werden können. Dieser Vortrag wird die historische Bedeutung der katalytischen Stickstofffixierung sowie aktuelle Entwicklungen des Gebiets beleuchten.
Prof. Dr. Lisa Vondung, Institut für Anorganische Chemie, Universität Göttingen

Öffentliche Vorlesung im Rahmen des Allgemeinen Vorlesungswesens

Katalyse — Grüner wird’s nicht!

Über 80% aller Chemikalien, Materialien, Treibstoffe, Arzneimittel, Düfte, Aromen und Farben werden über katalytische Prozesse hergestellt, denn Katalyse ist das Energiesparmodell chemischer Reaktionen. Die Natur bedient sich seit Jahrmillionen hocheffizienter katalytischer chemischer Prozesse, die die Grundlagen des Lebens bilden. Keine Atmung, kein Wachstum, keine Fortpflanzung ohne Katalyse. Und auch die Menschheit nutzt dieses Reaktivitätsprinzips überaus erfolgreich. Nahezu alle Produkte des Alltags haben in ihrer Herstellung einen Katalyseschritt durchlaufen. Katalyse beschreibt die Beschleunigung von chemischen Reaktionen in Gegenwart eines Katalysators. Neben einer großen Energieersparnis können katalytische Reaktionen derart gesteuert werden, dass weniger Abfall und neue Produkte entstehen und ungiftige, preiswerte und verfügbare Startmaterialien verwendet werden. Katalyseprozesse sind auch der Schlüssel zur Lösung der großen globalen Herausforderungen unserer Zeit. Sauberes Trinkwasser, sichere Nahrung, bioabbaubare Kunststoffe, Treibstoffe aus nicht-fossilen Rohstoffen, moderne Arzneimittel: für all diese Fragestellungen geben schon heute und noch mehr in der Zukunft katalytische Verfahren die Antworten.
 
Diese thematisch fokussierte Ringvorlesung wird die vielfältigen Aspekte von Katalyse in Natur, Technik, Medizin und Alltag beleuchten. Altbekannte und innovative Strategien der Katalyse werden diskutiert und neue Wege hin zu einer nachhaltigen Herstellung von Molekülen, Materialien und Energieträgern aufgezeigt.

Koordination
Prof. Dr. Axel Jacobi von Wangelin, Institut für Anorganische & Angewandte Chemie, Universität Hamburg