Dünger aus der Luft

Stickstoff ist ein wichtiger Baustein, damit Pflanzen wachsen. Doch die Herstellung von Stickstoffdünger für die Landwirtschaft setzt große Mengen Treibhausgase frei. Ein schwedischer Agrarwissenschaftler möchte das ändern – und gleichzeitig die Düngerherstellung vereinfachen.

Im Jahr 1908 lebten gerade einmal 1,7 Milliarden Menschen auf der Welt. Heutzutage sind es mehr als 8,2 Milliarden – und sie alle müssen sich von dem ernähren, was unser Planet hergibt. Internationale Studien, die auf eine These des kanadischen Umweltforschers Vaclav Smil zurückgehen, zeigen: Erst der Einsatz von Stickstoffdüngern hat das starke Bevölkerungswachstum der vergangenen 100 Jahre ermöglicht. Ohne synthetische Düngemittel ließe sich maximal die Hälfte der Menschen ernähren. 

Die Kehrseite der Medaille: Beim Einsatz von Stickstoffdünger entstehen Treibhausgase. Zwei Prozent der jährlichen Emissionen gehen auf sein Konto, so eine gemeinsame Untersuchung der Universitäten von Turin und Exeter. Das sind jedes Jahr allein rund 450 Millionen Tonnen CO2. Nicht jedoch, wenn es nach Gustaf Forsberg geht. Der schwedische Agrarwissenschaftler hat ein Verfahren entwickelt, um mit Hilfe von erneuerbarer Energien Stickstoff aus der Luft als Düngemittel nutzbar zu machen – und das CO2-neutral.

CO2-neutraler Dünger aus Schweden

Die Idee, Stickstoff aus der Luft für die Düngemittelproduktion zu nutzen, ist nicht neu. Schon im Jahr 1908 erzeugte der deutsche Chemiker Fritz Haber erstmals Ammoniak im Labor – mit Stickstoff aus der Luft und Wasserstoff aus fossilen Brennstoffen. Ingenieur Carl Bosch optimierte Habers Methode weiter, sodass seit 1913 das Haber-Bosch-Verfahren die landwirtschaftlichen Erträge vervielfachte – eine Entwicklung, für die beide Wissenschaftler mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden. 

Das Problem dabei: Zur Herstellung von Ammoniak als Nitratquelle im Dünger wird Erdgas verbrannt. Sehr viel Erdgas. Pro Tonne Ammoniak entstehen etwa zwei Tonnen CO2, die in die Atmosphäre freigesetzt werden, rechnete die Internationale Energie Agentur aus.

Gustaf Forsberg nutzt hingegen Plasma, um Stickstoff aus der Luft zu binden. Der schwedische Agrarwissenschaftler und Physiker gründete im Jahr 2016 seine Firma Nitrocapt und tüftelte seitdem gemeinsam mit dem befreundeten Chemieingenieur Peter Baeling an einer Verbrennungsanlage für die NOX-Produktion. Sie entdeckten, dass das Ersetzen des Erdgas-Verbrennungsprozesses durch Plasma viel bessere Ergebnisse erzielt. 

In ihrem Reaktor erzeugen die Wissenschaftler Mikrowellen-Plasma – sie versetzen wie bei einem Blitz die Luft in einen sehr heißen, energiereichen Zustand. Die Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle der Luft verbinden sich neu zu Stickoxiden. Der Clou: Anstelle von Erdgas lässt sich der Nitrocapt-Reaktor mit Solar- oder Windenergie betreiben. „Wir erhalten eine sehr reine Reaktion, ohne ungewollte Nebenprodukte wie CO2-Emissionen“, sagt Forsberg. Mit dem erzeugten NOX stellt Nitrocapt Salpetersäure her, die wiederum das Nitrat-Ion enthält. Diese effizienteste Form von Stickstoff können Pflanzen am besten aufnehmen. Die Patente für das plasmabasierte Verfahren Sunifix– die Kurzform von Sustainable Nitrogen Fixation – sicherte sich Nitrocapt im Jahr 2022.
90 Prozent weniger Energieeinsatz für die Produktion

„Der Energieverbrauch unseres Prozesses liegt theoretisch bei 0,66 Megawattstunden pro Tonne Stickstoff“, sagt Forsberg. Zum Vergleich: Bei der konventionellen fossilen Düngerherstellung liegt der theoretische Grenzwert bei 7,6 Megawattstunden Energie pro Tonne. Den auf dem Papier berechneten Idealfall erreicht Nitrocapt in der Praxis zwar nicht, aber das Sunifix-Verfahren bietet viel Potenzial für Effizienzsteigerungen. 

So entsteht beim Prozess 95 Prozent Abwärme, die sich zurückgewinnen lässt. „Wenn sich Sunifix so ausbauen und modular anwenden lässt, wie von Nitrocapt beschrieben, ist es eine effizientere, nachhaltigere Alternative zum Haber-Bosch-Verfahren und macht Landwirtschaftsbetriebe resilienter und unabhängiger von externen Mineraldüngerlieferungen“, resümiert auch Stefan Lange, Diplom-Agraringenieur beim Johann Heinrich von Thünen Institut, das im Auftrag des Bunds über ländliche Räume, Wald und Fischerei forscht.

Mehr Unabhängigkeit von Gas- und Düngemittellieferanten

Abgesehen von seiner Energie- und Emissionseffizienz hat das schwedische Unternehmen mit seinem innovativen Verfahren noch einen weiteren Vorteil zu bieten: die Unabhängigkeit von Staaten, die Erdgas fördern oder Düngemittel produzieren. Während das Haber-Bosch-Verfahren große Industrieanlagen erfordert, sind die Sunifix-Reaktoren nämlich kompakt und mobil. Dank ihres modularen Aufbaus lassen sie sich mit einfachen Mitteln nahezu überall auf der Welt installieren. 

„Einige Organisationen, die die Landwirtschaft in ärmeren Regionen Afrikas unabhängiger und widerstandsfähiger machen wollen, haben bereits konkretes Interesse an unserer Technologie angemeldet“, so Forsberg. Nicht verwunderlich, dass Nitrocapt 2025 den Food Planet Prize der schwedischen Curt-Bergfors-Stiftung mit einer Fördersumme von zwei Millionen US-Dollar erhielt. Der hochdotierte Umweltpreis unterstützt innovative Lebensmittelsysteme. Das einzigartige Potenzial, sowohl die Düngemittelherstellung zu dekarbonisieren als auch den Zugang zur Produktion weltweit zu ermöglichen, überzeugte die Jury – darunter Johan Rockström, Leiter des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung
 
Überzeugt sind auch die zehn internationalen Partner von Nitrocapt: Verträge und Absichtserklärungen zur Abnahme von Düngemitteln sowie zur Installation von 34 regionalen Sunifix-Einheiten sind bereits unterzeichnet. Ein klares Signal dafür, dass Forsberg mit seiner revolutionären Idee auf dem besten Weg ist, die Landwirtschaft klimafreundlicher zu machen.