Für die Landwirtschaft ist die Umwandlung von Stickstoff in Ammonium besonders wichtig, denn Ammonium wird in Stickstoffdünger benötigt. Jedoch wird für die Umwandlung von Stickstoff zu Ammonium viel Energie und hohe Temperaturen benötigt.

Bisher: Denn Forschern der Universität Würzburg ist es nun gelungen, diesen Prozess bei Raumtemperatur und mit einfachen Stoffen nachzustellen. Allerdings steht eine industrielle Produktion mit dieser Methode noch nicht im Raum.

"Ganz besonderes System" - Erfolgsgeheimnis Bor

Ammonium wird bisher industriell mit dem Haber-Bosch-Verfahren hergestellt. Diese Methode hat allerdings den Nachteil, dass hohe Temperaturen und hoher Druck nötig ist. Das Forscherteam um Professor Holger Braunschweig, dem Institutsleiter für Anorganische Chemie der Universität Würzburg hat nun eine neue Methode entdeckt.

Dazu waren zwei Entdeckungen vorangegangen: 2018 gelang dem Team die Bindung und chemische Umwandlung von Stickstoff mithilfe eines Moleküls,  welches nur aus leichten, nichtmetallischen Atomen besteht. Im Jahr darauf konnte die erste Kombination zweier Stickstoffmoleküle im Labor demonstriert werden.

Der Schlüssel zum Erfolg war die Verwendung des Halbmetalls Bor. "Nach diesen beiden Entdeckungen war klar, dass wir ein ganz besonderes System in den Händen hatten", erklärt Braunschweig. 

Mit Wasser und Bier: Forscher kommen ihrem Ziel ganz nahe

Damit war der Forschungsprozess jedoch noch nicht abgeschlossen, denn damit konnte Stickstoff zwar gebunden und umgewandelt werden, Ammonium war daraus aber noch nicht entstanden. "Wir wussten, dass die vollständige Umwandlung von Stickstoff in Ammonium eine große Herausforderung darstellen würde, da sie eine komplexe Abfolge chemischer Reaktionen erfordert, die oft nicht miteinander kompatibel sind", erklärt Braunschweig.

Ausgerechnet zurückgebliebene Spuren von Wasser brachte das Team bis auf einen Schritt heran an ihr großes Ziel. Wie die Forscher später herausfanden, konnte die gesamte Schlüsselreaktion mit einer festen Säure in einem einzigen Reaktionskolben bei Raumtemperatur nacheinander ablaufen. 

Aus Spaß versuchte das Team den Versuch erneut - diesmal allerdings mit Bier statt Wasser. Der Versuch war von Erfolg gekrönt, denn tatsächlich konnte auch damit die Vorstufe von Ammonium erzeugt werden. "Die Reduktion von Stickstoff zu Ammonium ist eine der wichtigsten der Menschheit. Dies ist zweifellos das erste Mal, dass sie mit Bier gemacht wurde und es ist besonders passend, dass dies in Deutschland passiert ist", freut sich Dr. Rian Dewhurst, der Co-Autor der Studie.

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kyw