Stickstoffreduktion

Stickstoffreduktion bezeichnet in der Chemie und Umweltchemie die Reaktion, bei der Stickstoffatome eine niedrigere Oxidationsstufe erreichen, typischerweise durch Zufuhr von Elektronen und Protonen. Sie umfasst sowohl industrielle Herstellung wichtiger Stickstoffverbindungen als auch natürliche sowie technologische Prozesse der Umwandlung stickstoffhaltiger Verbindungen.

Ein praktisches Beispiel ist der Haber-Bosch-Prozess, bei dem N2 aus der Luft unter hohen Drücken und Temperaturen mit Wasserstoff zu Ammoniak reduziert wird. Katalysatoren auf Eisenbasis ermöglichen diese Reaktion. Biologisch erfolgt die Stickstoffreduktion durch Nitrogenase in bestimmten Mikroorganismen, die N2 in NH3 unter ATP-Verbrauch reduzieren.

In der Umwelt spielt Stickstoffreduktion eine Rolle in Denitrifikationsprozessen, bei denen Nitrat NO3- durch Mikroorganismen zu gasförmigem N2 oder N2O reduziert wird. Entsprechende Abläufe beeinflussen den Stickstoffkreislauf, Wasserverschmutzung und Treibhausgasemissionen. Außerdem wird an elektrokatalytischen oder photoelektrischen Ansätzen gearbeitet, die N2 unter Nutzung erneuerbarer Energie zu Ammoniak zu reduzieren (grüne Ammoniakproduktion).

Herausforderungen sind der hohe Energiebedarf, Kosten, Effizienz und die Trennung von Nebenprodukten. Die Forschung zielt darauf ab, Prozesse nachhaltiger, selektiver und dezentral nutzbar zu machen, um Abhängigkeiten von fossilen Energiequellen zu verringern.