Australien ist in hohem Maße auf importierten Harnstoff angewiesen, um den Bedarf seines Agrarsektors zu decken, und importiert im Jahr 2024 rund 3,8 Millionen Tonnen. Gleichzeitig steht das Land einem wachsenden Druck gegenüber, die Industrieemissionen in mehreren Sektoren zu reduzieren. Forscher der University of New South Wales versuchen, beide Herausforderungen anzugehen, indem sie eine Technologie entwickeln, die Kohlendioxid- und Stickstoffschadstoffe in Harnstoffdünger umwandelt und so möglicherweise eine heimische Quelle für diesen wichtigen landwirtschaftlichen Input schafft und gleichzeitig die Umweltbelastung verringert.
Vom Labortisch bis zum industriellen Maßstab
Im Gegensatz zu typischer Grundlagenforschung, die im Laborstadium endet, verfolgt das UNSW-Team aktiv die Übersetzung im industriellen Maßstab. Die Forscher setzen Harnstoff-Elektrolyseure ein, Geräte, die als Maßstab für eine skalierbare Harnstoffproduktion gelten, um die Machbarkeit der Umwandlung von Emissionen in Düngemittel in größerem Maßstab zu testen. Um zu verstehen, wie sich die Materialien unter realen Bedingungen verhalten, nutzte das Team eine fortschrittliche Elektronenstrahlcharakterisierung am australischen Synchrotron. Mit dieser Technik können sie chemische Reaktionen in Echtzeit beobachten und so wichtige Daten für die zukünftige industrielle Umsetzung generieren.
Dr. Daiyan, der Projektleiter, betont, dass eine sorgfältige Katalysatortechnik und Echtzeitüberwachung für die Sicherstellung von Selektivität und Effizienz unerlässlich sind, insbesondere bei der Skalierung von kontrollierten Laborbedingungen auf industrielle Umgebungen.
Bewältigung der Harnstoffabhängigkeit Australiens
Obwohl Australien ein wichtiger Agrarexporteur ist, produziert es im Inland nicht ausreichend Harnstoff, wodurch der Sektor anfällig für globale Marktschwankungen ist. „Diese Abhängigkeit ist bedauerlich und zugleich eine strategische Schwachstelle“, sagte Dr. Daiyan. Durch die lokale Produktion von sauberem Harnstoff aus erneuerbarem Strom und Abfallkohlenstoff könnte das Land die Abhängigkeit von Importen verringern und die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette verbessern. Der Ansatz steht auch im Einklang mit der zunehmenden behördlichen Kontrolle von Emissionen, die mittlerweile über Kohlendioxid hinausgeht und auch andere stickstoffbasierte Schadstoffe umfasst.
Die Forschung zeigt, wie Prinzipien der Kreislaufchemie Abfallströme aus Zementwerken und landwirtschaftliche Rückstände in die Düngemittelproduktion integrieren und so Umweltprobleme in kommerziell wertvolle Produkte verwandeln können.
Der Ansatz zur Kohlenstoffabscheidung und -umwandlung
Im Gegensatz zu Direct-Air-Capture-Technologien konzentriert sich die UNSW-Methode auf die Nutzung unvermeidbarer Emissionen aus industriellen und biogenen Quellen. Erste Labortests zeigen vielversprechende Ergebnisse bei der Selektivität, was darauf hindeutet, dass CO₂ aus bestehenden Industriebetrieben effektiv in Harnstoff umgewandelt werden kann. Das Projekt befindet sich noch in der Entwicklung, stellt jedoch einen praktischen Weg zur Umwandlung von Kohlenstoff- und Stickstoffschadstoffen in Materialien dar, die in der Landwirtschaft, Chemie und Kraftstoffproduktion benötigt werden.
Dr. Daiyan präsentierte diese Ergebnisse auf der Klimakonferenz der Vereinten Nationen und plädierte für Investitionen in Kreislaufwirtschaftslösungen. „Es gibt genug Kohlendioxid. Wir müssen nur anfangen, über eine Kreislaufwirtschaft nachzudenken und in sie zu investieren“, sagte er.
Zeitleiste und industrieller Ausblick
Die Skalierung eines Laborprozesses auf eine industrielle Anwendung dauert normalerweise über ein Jahrzehnt, aber das UNSW-Team möchte diesen Zeitrahmen verkürzen. Dr. Daiyan schätzt, dass das Projekt innerhalb von zwei bis drei Jahren einen Industriepartner für den Beginn von Pilotversuchen gewinnen könnte. Ein Erfolg würde zeigen, dass emissionsintensive Industrien einen Mehrwert aus ihren Abfallströmen schaffen und gleichzeitig Umweltziele erreichen können.
Letztendlich veranschaulicht diese Forschung das Potenzial der Kreislaufchemie, die industrielle Produktion neu zu gestalten. Durch die Umwandlung von Kohlenstoff- und Stickstoffabfällen in Düngemittel könnte Australien die inländischen Lieferketten stärken, Emissionen reduzieren und zu einem nachhaltigeren Chemiesektor beitragen. Dr. Daiyan bemerkt: „Durchdachte Katalysatortechnik gepaart mit Echtzeitcharakterisierung kann Umweltprobleme in Chancen verwandeln.“
