Ein Durchbruch, der die industrielle Chemie verändern könnte: Forscher des Institute of Science Tokyo haben in Zusammenarbeit mit dem National Institute for Materials Science und der Tohoku University einen neuartigen Katalysator, BaSiONH, für die Ammoniaksynthese entwickelt. Diese am 17. Februar 2025 bekannt gegebene Innovation verspricht, die Umweltauswirkungen der Ammoniakproduktion, einem für Düngemittel und verschiedene industrielle Anwendungen wichtigen Prozess, deutlich zu reduzieren.
Das konventionelle Haber-Bosch-Verfahren, das derzeit für die Ammoniaksynthese verwendet wird, erfordert hohe Energie, extreme Temperaturen und Drücke, was erheblich zu den Kohlenstoffemissionen beiträgt. BaSiONH arbeitet jedoch bei niedrigeren Temperaturen (400-700 °C) und bietet eine nachhaltigere Alternative. Dieser übergangsmetallfreie Katalysator nutzt Anionenfehlstellen innerhalb seiner Struktur als aktive Zentren, wodurch die katalytische Aktivität verbessert und der Energieverbrauch minimiert wird.
Das Team von Professor Masaaki Kitano identifizierte zunächst Tribariumsilikat (BaSiO) als Grundlage für diesen neuen Katalysator. Ihre in Nature Chemistry veröffentlichte Forschung beschreibt, wie BaSiONH bestehende Ruthenium-basierte Katalysatoren übertraf, die oft kostspielig und umweltschädlich sind. Der neue Katalysator zeigt eine überlegene Fähigkeit, die Aktivierungsenergie zu senken und die Effizienz der Ammoniaksynthese zu steigern.
Experimente unter verschiedenen Bedingungen bestätigten die höheren Aktivitätsgrade von BaSiONH im Vergleich zu herkömmlichen Katalysatoren. Eine weitere Verbesserung wurde durch die Integration von Ruthenium-Nanopartikeln erreicht, obwohl das Team klarstellte, dass die primären aktiven Zentren die Anionenfehlstellen innerhalb von BaSiONH blieben. Dieses Zweiphasensystem stellt einen bedeutenden Schritt weg von traditionellen Katalysatoren dar.
Die Auswirkungen dieser Entdeckung sind weitreichend. Angesichts der prognostizierten steigenden globalen Ammoniaknachfrage bietet BaSiONH eine nachhaltige Produktionsmethode, die schädliche Emissionen reduziert und die Ressourcenverknappung verringert. Seine Skalierbarkeit und Effizienz stellen einen vielversprechenden Weg zur kommerziellen Rentabilität dar und signalisieren eine neue Ära, in der Nachhaltigkeit und Chemie zusammenkommen.