US-Forscher haben eine der stärksten chemischen Bindungen überhaupt geknackt: die des äußerst reaktionsträgen Stickstoffmoleküls. Es reagierte mit dem Gas Kohlenmonoxid zu einem Düngemittel, berichten die Wissenschaftler im Journal "Nature Chemistry". Auf diesem neuen Reaktionsweg könne Stickstoff aus der Luft in einen wertvollen Rohstoff für die Landwirtschaft umgewandelt werden. Bisher benutzt man dafür das 1910 patentierte Haber-Bosch-Verfahren. Im Gegensatz dazu benötige ihre Methode jedoch keine Hitze und keinen hohen Überdruck und spare daher Energie, schreiben die Wissenschaftler der Cornell Universität im Bundesstaat New York.

Stickstoff im Überfluss

Stickstoff ist als Hauptbestandteil der Luft (rund 78 Prozent) im Überfluss vorhanden. Allerdings haben Chemiker Schwierigkeiten, es zu nützlichen Verbindungen umzuwandeln. Die Bindung zwischen den beiden Stickstoffatomen innerhalb des Moleküls (N2) ist extrem stabil. Die Gruppe um den Chemiker Donald Knobloch lockerten die Bindung daher zunächst, indem sie jedes Stickstoffmolekül an zwei Atome des Metalls Hafnium banden. Die Bindung zwischen den beiden Stickstoffatomen wurde dadurch so schwach, dass sich zwei Kohlenmonoxidmoleküle dazwischen schieben konnten und die Bindung vollständig knackten. Durch einen weiteren Reaktionsschritt entstand schließlich das sogenannte Oxamid. Die Substanz ist ein Langzeitdünger: Sie setzt im Boden häppchenweise stickstoffhaltige Verbindungen frei, die Pflanzen zum Wachsen benötigen.

"Eine solche Umwandlung ist unseres Wissens noch nie dagewesen", schreiben die Wissenschaftler. Normalerweise entweiche bei ähnlichen Reaktionen das Stickstoffmolekül als Ganzes, werde jedoch nicht gespalten. Auch das Haber-Bosch-Verfahren spaltet den Stickstoff aus der Luft und wandelt ihn in eine Stickstoffverbindung um, der Ursubstanz aller Düngemittel. Allerdings braucht dieses Verfahren viel Energie und aufwendige Apparaturen, da hoher Überdruck und mehrere hundert Grad Celsius nötig sind. Das Verfahren verbraucht zudem große Mengen Wasserstoff, der größtenteils aus Erdgas gewonnen wird.

Alternative zum Haber-Bosch-Verfahren

Nach Angaben von Knobloch und seinen Kollegen ist ihre neue Reaktion eine gute Alternative zum Haber-Bosch-Verfahren. Sie laufe bei Raumtemperatur und beinahe Normaldruck ab, benötige weniger Energie und sei daher unabhängiger von fossilen Brennstoffen. Der Reaktionspartner Kohlenmonoxid ist ein giftiges farbloses Gas, das bei unvollständigen Verbrennungen entsteht, heutzutage allerdings auch meist aus fossilen Energieträgern wie Koks hergestellt wird. Da heutzutage die Herstellung beinahe aller Düngemittel auf das Haber-Bosch-Verfahren zurückgeht, ist es allerdings unwahrscheinlich, dass die neue Methode in naher Zukunft eine ernsthafte Konkurrenz werden wird.