Stickstoffbindung

Stickstoffbindung bezeichnet den Prozess, durch den molekulares Stickstoffgas (N2) aus der Atmosphäre in reaktive Stickstoffverbindungen überführt wird, die für lebende Organismen nutzbar sind. Da N2 eine starke Dreifachbindung besitzt, ist es biologisch inaktiv. Die Bindung erfolgt durch biologische, industrielle und abiotische Prozesse und ist ein zentraler Bestandteil des Stickstoffzyklus.

Biologische Stickstoffbindung erfolgt hauptsächlich durch Diazotrophe. Freilebende Bakterien wie Azotobacter oder Clostridium sowie pflanzenassoziierte Bakterien (z. B. Rhizobium in Wurzelknöllchen von Leguminosen) wandeln N2 in Ammoniak (NH3) um. Der Prozess wird durch das Enzym Nitrogenase katalysiert, das empfindlich gegenüber Sauerstoff ist und viel ATP benötigt. In der Symbiose liefert der Mikroorganismus Ammoniak, der von der Pflanze genutzt werden kann.

Industrielle Stickstoffbindung erfolgt im Haber-Bosch-Verfahren, bei hohen Temperaturen und Drücken über einen Eisenkatalysator. Aus N2 und Wasserstoff wird Ammoniak (NH3) hergestellt, das als Grundlage für Düngemittel dient. Das Verfahren ist energieintensiv und stark von fossilen Brennstoffen abhängig; Modernisierungen betreffen Katalysatoren, Prozessführung und Energieeffizienz.

Abiotic wandeln Stickstoff durch natürliche Blitzentladungen in Form von Nitrat und anderen Verbindungen um; auch anthropogene Prozesse wie Verbrennung tragen zur Bildung oxidierter Stickstoffverbindungen bei, die in Böden gelangen und dort weiterwirken.

Die Stickstoffbindung ist eine zentrale Säule des Nährstoffkreislaufs. Biologische Fixierung versorgt Ökosysteme ohne chemische Düngung, während industrielle Prozesse die landwirtschaftliche Nährstoffversorgung dominieren. Übermäßige Stickstofffixierung kann zu Eutrophierung und Grundwasserbelastungen führen.