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Düsol

Nachhaltige Düngerproduktion aus Sonne, Luft und Wasser

Im Projekt Düsol nutzt die DLR- Solarforschung ihre Kompetenzen aus der Arbeit für die energetische Nutzung, um sie auch für nachhaltige Prozesse in der Chemieindustrie anzuwenden. Als Endprodukt ist in diesem Projekt  ein Stickstoffdünger anvisiert, das heißt ein Düngemittel, welches das Element Stickstoff (N) enthält.
Weltweit sind über 90 Prozent der eingesetzten Düngemittel Stickstoffdünger. Da alle Stickstoffdünger für ihre Herstellung als Grundstoff Ammoniak (NH3) benötigen, ist es wichtig, diesen Grundstoff nachhaltig zu produzieren. Heutzutage wird für die Produktion allerdings Erdgas verwendet. Der Energiegehalt des weltweit für Dünger verwendeten Erdgases entspricht dem Primärenergiebedarf Deutschlands. Hier besteht also ein immenses Einsparpotential.
Stand der Technik für die Ammoniakproduktion ist das berühmte Haber-Bosch-Verfahren. In diesem Verfahren wird Erdgas (hauptsächlich CH4) eingesetzt, um den nötigen Wasserstoff (H2) durch Reformierung bereitzustellen und um Stickstoff aus der Luft zu gewinnen. Anschließend werden Wasserstoff und Stickstoff unter hohem Druck katalytisch zu Ammoniak umgewandelt.
Im Konzept von Düsol bleibt ein großer Teil des Haber-Bosch-Verfahrens unberührt. Lediglich der Einsatz von Erdgas wird durch solare Prozesse ersetzt. Da das Erdgas auch stofflich genutzt wird, sind andere – saubere – Quellen nötig. Ein Schema des Konzepts ist in Bild 1 dargestellt.

Bild 1: Schema der solaren Ammoniakproduktion (Quelle: DLR)

Um den Wasserstoff bereitzustellen, soll wie in anderen Projekten zur solaren Wasserstofferzeugung Wasser in einem thermochemischen Kreisprozess gespalten werden. Um den Stickstoff bereitzustellen, wird ein weiterer thermochemischer Kreisprozess genutzt, welcher Sauerstoff aus Luft abtrennt. Die Übrigen Bestandteile wie Argon, CO2 und andere Spurengase bleiben zwar im Stickstoff, sind aber kein Problem im weiteren Verfahren.
Besonders die solar- thermochemische Stickstoffproduktion ist noch ein sehr junges Forschungsfeld. Daher wird in Düsol ein Fokus auf diesen Prozessschritt gelegt. Die Forscher suchen nach geeigneten Redox-Materialien (MO‘‘ in Bild 1), die besonders effizient Sauerstoff aus Luft entfernen können. Hierbei ist wiederum der Reduktionsschritt der technisch anspruchsvollere. Dieser wird im solaren Hochleistungsstrahler experimentell untersucht.
Weiterhin gehört zu der Düsol-Studie eine fundierte Prozessauslegung zusammen mit einer anschließenden wirtschaftlichen Bewertung.