Wie man Pflanzen mit elektrischem Strom füttert

Mit dem „1000-Ideen-Programm“ fördert der FWF besonders gewagte Forschungsvorhaben – darunter nun auch ein Projekt der TU Wien, das die Düngerherstellung revolutionieren soll.

Was am Ende herauskommt, weiß man nie – das gilt in der Wissenschaft immer. Aber manche Forschungsideen sind ungewöhnlicher, origineller, gewagter als andere. Und gerade sie fördert der österreichische Wissenschaftsfonds FWF mit dem 1000-Ideen-Programm. Wesentlich ist, dass die Ideen im Erfolgsfall ein besonders hohes transformatives Potenzial haben und einen wesentlichen Fortschritt ermöglichen. Unter den ausgewählten Projekten findet sich dieses Jahr wieder eines an der TU Wien: Prof. Alexander Opitz vom Institut für Chemische Technologien und Analytik hat kein geringeres Ziel, als die weltweite Pflanzendüngerherstellung zu revolutionieren.

Die Menschheit braucht Stickstoffdünger

Die Herstellung von Stickstoffdünger hat unsere moderne Welt überhaupt erst möglich gemacht: Seit gut 100 Jahren wird mit Hilfe des sogenannten „Haber-Bosch-Verfahrens“ Stickstoff aus der Luft in Ammoniak umgewandelt, den man weltweit als Dünger verwendet. Für die moderne Landwirtschaft ist das unverzichtbar – ohne moderne Stickstoffdünger könnte man nur einen Bruchteil der heutigen Weltbevölkerung ernähren.

Allerdings handelt es sich nicht um eine nachhaltige Technologie: Der Wasserstoff, der für das Haber-Bosch-Verfahren verwendet wird, stammt normalerweise aus der Erdgasverarbeitung, und der Energiebedarf ist gewaltig, weil man für das Verfahren Temperaturen von 300-400°C und mehrere hundert Bar Druck benötigt. Etwa ein Prozent des weltweiten Gesamtenergiebedarfs wird heute für die Ammoniak-Herstellung verwendet.

Grüner Strom wird zu Pflanzendünger

„Daher wird seit Jahren nach anderen Methoden gesucht“, erklärt Alexander Opitz. „Bisher nahm man sich dabei bestimmte Bakterien zum Vorbild, die den Stickstoff aus der Luft in Ammoniak umwandeln. Ich möchte aber einen radikal neuen Weg gehen, basierend auf Festoxidelektrolysezellen in Kombination mit neuartigen Elektro-Katalysatoren.“

Das Ziel ist, kompakte elektrochemische Zellen zu entwickeln, die dezentral mit erneuerbarem Strom auf einfache Weise Stickstoff aus der Luft fixieren, den man dann zu Dünger verarbeiten kann. Das Konzept dafür ist bereits ausgearbeitet, zahlreiche offene Detailfragen möchte Alexander Opitz nun in den nächsten Jahren Schritt für Schritt beantworten. Die 1000-Ideen-Förderung des FWF, bietet dazu eine Anschubfinanzierung für die ersten zwei Jahre, in denen der experimentelle Proof-of-Concept erfolgen soll.

© TU Wien

Über den/die Forscher*In

Alexander Opitz ist Professor am Institut für Chemische Technologien und Analytik und ist Teil der Forschungsgruppe Elektrochemische Energieumwandlung. 2011 erhielt er den Forschungspreis der Gesellschaft Deutscher Chemiker für seine Dissertation „Oxygen Exchange Pathways of Platinum Model Electrodes on Yttria-stabilized Zirconia“.