Die Chemie der Zukunft könnte aus der Erde selbst entstehen. In einem Labor von MIT, Ein Team von Wissenschaftlern hat ein Verfahren entwickelt, das den Untergrund als natürlichen chemischen Reaktor nutzt. Diese Innovation steht nun im Mittelpunkt des Startup-Projekts Addis Energiezielt darauf ab, Ammoniak sauberer und nachhaltiger zu produzieren und damit die Düngemittelindustrie für immer zu verändern.
Das Ammoniakproblem: notwendig, aber mit hohen Kosten verbunden
Ammoniak ist die Grundlage der modernen Landwirtschaft. Wird zur Herstellung von verwendet Düngemittelist ein unverzichtbarer Stoff zur Gewährleistung der globalen Ernährungssicherheit. Allerdings ist die traditionelle Produktionsmethode, bekannt als Haber-Bosch-Verfahren, ist alles andere als nachhaltig. Es benötigt enorme Mengen an Energie, nutzt fossile Brennstoffe und trägt zu mehr als 1 % der weltweiten Treibhausgasemissionen bei.
„Die Erde kann ein ausgezeichneter chemischer Reaktor sein“ sagte Iwnetim Abt, Professor am MIT und Autor der dem Projekt zugrunde liegenden Forschung (Ich verlinke es dir hier). Die Idee, natürliche Ressourcen zur Herstellung von Ammoniak zu nutzen, anstatt auf energieintensive Industrieprozesse zurückzugreifen, könnte die Lösung zur Reduzierung der Klimaauswirkungen der Chemie sein.
Wie funktioniert der natürliche chemische Reaktor?
Das Konzept, den Untergrund als chemischen Reaktor zu nutzen, basiert auf den bereits vorhandenen natürlichen Bedingungen: Druck, Hitze und die mineralische Zusammensetzung der Gesteine. Der Prozess nutzt Mineralien, die reich an Eisen, Nitraten (Stickstoffquelle) und Wasser (Wasserstoffquelle) sind, und beschleunigt chemische Reaktionen mithilfe eines Katalysators.
Im Labor haben Wissenschaftler diese Reaktionen nachgewiesen kann auch bei relativ niedrigen Temperaturen (130 °C) auftreten und moderate Drücke, erreichbar mit vorhandenen Bohrtechnologien. Bei einer Skalierung könnte ein einzelnes Bohrloch bis zu produzieren 40.000 Tonnen Ammoniak pro Tag, nach ersten Schätzungen.
Addis Energy: ein Team zur Skalierung von Innovationen
Um diese Technologie zu kommerzialisieren, war Abate Mitbegründer von Addis Energie, ein Startup, das bereits 4,25 Millionen US-Dollar an Pre-Seed-Finanzierung eingesammelt hat. Zu den Mitgründern zählen Energieexperten wie z Michael Alexander, mit einem Hintergrund in der Ölindustrie und MIT-Professor Doch-Ming Chiang, bekannt für seine technologischen Innovationen. Alexander weist darauf hin, dass viele der notwendigen Technologien bereits in der Ölindustrie eingesetzt werden: Bohren, Pumpen und Flüssigkeitsmanagement. „Es steckt innovative Chemie in einem vertrauten Technologiepaket“ sagt der CEO von Addis Energy.
Das durch diese Methode erzeugte Ammoniak Es könnte zunächst etwa 0,55 US-Dollar pro Kilogramm kosten, mehr als derzeit 0,40 US-Dollar pro Kilogramm, das mit fossilen Brennstoffen hergestellt wird. Allerdings ist das Verfahren kostengünstiger als andere nachhaltige Optionen und zukünftige Optimierungen könnte die Kosten um bis zu 0,20 $/kg senken, wodurch es wettbewerbsfähig und zugänglich wird.
zweite Karthisches Manthiram, Professor am Caltech, stellt diese Technologie einen wichtigen Schritt in Richtung einer nachhaltigen Chemieproduktion dar: „Es ist die Art von Denken, die nötig ist, um den Weg zur Nachhaltigkeit zu beschleunigen.“
Natürlicher chemischer Reaktor: Auf dem Weg zu Feldtests
Trotz vielversprechender Ergebnisse im Labor birgt der Übergang zur Realität im Feld viele Herausforderungen. Eines der Hauptprobleme ist die Haltbarkeit der dabei verwendeten Gesteine. Wenn Ammoniak entsteht, oxidieren die Oberflächen von Mineralien und verringern so ihre Fähigkeit, weiter zu reagieren. „Unsere Herausforderung besteht darin, die Dicke der oxidierten Schicht zu kontrollieren, um die chemischen Reaktionen aktiv zu halten.“ erklärt Abate. Weitere Hindernisse sind die Identifizierung geeigneter geologischer Standorte und die Gewährleistung der Betriebssicherheit, da Ammoniak eine giftige und schwer zu transportierende Substanz ist.
Addis Energy plant, den Prozess an realen Standorten zu testen, um seine Wirksamkeit zu validieren und die Skalierbarkeit zu verbessern. In der Zwischenzeit werden Forscher weiterhin die atomaren Dynamiken erforschen, die chemischen Reaktionen zugrunde liegen, um jeden Aspekt zu optimieren. Wie Abate betont: „Laborforschung ist nur der erste Schritt. Der eigentliche Test wird sein, zu sehen, ob wir es in der realen Welt zum Laufen bringen können.“
Wenn sich diese Idee durchsetzt, könnte sie nicht nur die Art und Weise, wie wir Ammoniak herstellen, sondern auch unseren gesamten Ansatz in der industriellen Chemie verändern. Vielleicht wird das Herz der Erde tatsächlich zum chemischen Reaktor der Zukunft.