Grüne Salpetersäure: Ein Werk von Wilfried Schuler

Nachdem der grüne Wasserstoff etwas schwächelt, wird er nun vom grünen Ammoniak vorangetrieben, durch das Dorf der Leichtgläubigen. Grüner Ammoniak wird als Energieüberträger, Treibstoff und Superdünger angesehen, der die Menschheit vor dem Hunger gerettet hat. Die ersten beiden Punkte sind jedoch falsch und der letzte bedarf einer Erklärung. Eine Pflanze nimmt nur Nitrat auf, das im Boden durch Nitrifizierungsbakterien aus Ammoniak gebildet wird. Das ist der tatsächliche Ablauf der Düngung. Die historische Entwicklung der Nitrat/Ammoniak-Chemie verlief genauso. Wilhelm Ostwald, ein herausragender Chemiker seiner Zeit, entwickelte sein Salpetersäureverfahren und stellte es der Reichskriegsleitung zur Verfügung. Der Bedarf an Salpetersäure war militärisch. Der geniale Stratege Ostwald führte Haber auf den Weg zum Vorprodukt der Salpetersäure, dem Ammoniak. Dies mindert nicht die Leistung von Dr. Fritz Haber, aber ohne die Führung im Hintergrund hätte es sein Verfahren so nicht gegeben.

Etwas über Gewitter

Seit es eine Atmosphäre und damit das Wetter gibt, kommt es zu elektrostatischen Aufladungen in den Wolken, die sich anschließend entladen. Im Alltag nennt man diese Erscheinung Gewitter. Eine sichtbare Erscheinung des Gewitters ist der Blitz. Die Wissenschaft hat über Jahrzehnte Daten gesammelt und weiß heute, dass weltweit bis zu hundert Blitzentladungen pro Sekunde auftreten. Es gibt mehr Gewitter in den Tropen als in den höheren Breiten. Allerdings dauern nichttropische Gewitter aufgrund von Seitenwindversatz länger und setzen daher mehr Energie frei. In den Wolken werden große Mengen an Energie ausgetauscht, es wurden Ströme von über 30.000 Ampere und Spannungen von hunderttausend Volt beobachtet. Das Produkt aus Stromstärke und Spannung ist die elektrische Leistung P, gemessen in Watt. Es ist leicht zu berechnen, dass hier gewaltige Energien im Spiel sind. Die elektrische Leistung der Blitze liegt im Gigawatt-Bereich. Eine weitere Erscheinung, die durch die Entladung verursacht wird, ist der Donner. Es handelt sich um eine schockartige Abfolge von Luftverdichtungen. Schallwellen übertragen mechanische Energie in Form von Longitudinalwellen, also Schwingungen in Ausbreitungsrichtung. Bei einem richtigen Gewitter wackelt buchstäblich die Wand. Etwa die Hälfte aller Blitze entlädt sich in der Atmosphäre, der Rest schlägt auf der Erde oder in Gewässern ein. Es kann auch von der Erde in den Himmel blitzen.

Die Luft brennt

Die hohen Temperaturen lösen chemische Reaktionen zwischen Sauerstoff und Stickstoff aus, die vereinfacht durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden können: N2 + O2 -> 2 NO, 2 NO + O2 -> 2 NO2. Es entstehen noch weitere Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen, die alle im Gleichgewicht miteinander stehen. Diese Details sind jedoch für das grundlegende Verständnis des Vorgangs nicht wesentlich. Durch die Reaktion entsteht Salpetersäure, die mit dem Niederschlag zur Erde regnet. Bei einer geschätzten Menge von 20 Millionen Tonnen Stickstoffmonoxid pro Jahr, die in zeitlich und räumlich begrenzten Gebieten entstehen, wären das 50 Millionen Tonnen Ammonsalpeter. Eine lokale Düngewirkung wäre durchaus möglich. Erfahrene Bauern bezeichneten die Wetterlage der frühen Sommergewitter als „Wachsendes Wetter“. Junge Mädchen wurden verspottet, dass sie noch auf die Sommerweide müssten. Diese alten Bauern hatten nicht nur einen derben Humor, sondern offenbar auch Gespür und waren scharfe Beobachter.

Die Wissenschaft tritt auf den Plan

Den englischen Forschern Cavendish und Priestley gelang es 1784, Stickstoffoxide und daraus Salpetersäure herzustellen, indem sie starke Funkenentladungen erzeugten. Aufgrund fehlender apparativer Möglichkeiten wurden jedoch keine Versuche zur kommerziellen Nutzung unternommen. Eine Madame Lefèvre meldete 1859 in Paris ein Patent zur Herstellung von Salpetersäure an, aber dieser Prozess lag noch weit in der Zukunft. Wie viele Patente war es nur ein Versuchsballon. Die norwegischen Chemiker Kristian Birkeland und Sam Eyde bauten 1903 eine Apparatur aus zwei koaxialen wassergekühlten Kupferrohren und erzeugten mit einer Spannung von 5000 Volt einen Lichtbogen. Der Lichtbogen wurde mit Hilfe eines Magneten zu einer flachen Scheibe verformt. Durch das entstandene Plasma wurde Luft geleitet. Bei Temperaturen über 3000°C fand die oben beschriebene Reaktion statt und es bildeten sich etwa 5% Stickoxide. Die Geschwindigkeit des Luftstroms war so gewählt, dass die heiße Zone schnell durchströmt wurde, um den Zerfall des Stickstoffmonoxids zu unterdrücken. Das Gasgemisch wurde abgekühlt und mit Frischluft gemischt. Das Stickstoffmonoxid reagierte dann innerhalb von 30-60 Sekunden zu Stickstoffdioxid. Die Gasmischung wurde von unten in eine mit Füllkörpern beschickte Glasröhre geleitet und durch entgegenkommendes Wasser zu Salpetersäure aufgelöst. Die beiden Erfinder, insbesondere Sam Eyde, waren auch erfolgreiche Unternehmer und errichteten 1905 eine kleine Anlage in Notodden, die im Mai desselben Jahres in Betrieb ging. Später kam eine Großanlage in Rjukan hinzu. Die Fabrikgebäude zeichnen sich durch mächtige Absorptionstürme aus, die über vier Stockwerke hoch sind. Sie sind aus Granit gebaut und die Rieselkörper im Inneren bestehen aus Quarz. Die Türme lieferten eine etwa 40%ige Säure, die durch Destillation aufkonzentriert wurde. Da die letzten Gasreste schwer aus der Abluft zu absorbieren waren, verwendete man Rieselkörper aus Kalkstein, die sich nach und nach auflösten. So erhielt man eine Lösung von Kalksalpeter, die durch Eindampfen zum sogenannten norwegischen Salpeter konzentriert wurde, ein geschätztes Düngemittel

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Grüne Salpetersäure | Von Wilfried Schuler

Nachdem der grüne Wasserstoff etwas schwächelt, treibt ihn nun der grüne Ammoniak vor sich her, durch das Dorf der Leichtgläubigen. Grüner Ammoniak als Energieüberträger, als Treibstoff, der Hoffnungsträger und der Superdünger, der die Menschheit vor dem Hunger gerettet hat. Die ersten beiden Punkte sind falsch, der letzte bedarf der Erklärung. Eine Pflanze nimmt nur Nitrat auf. Dieses Nitrat wird im Erdreich durch Nitrifizierungsbakterien erst aus Ammoniak gebildet. Das ist die tatsächliche Abfolge der Düngung. Und die historische Entwicklung der Nitrat/Ammoniak Chemie verlief genauso. Wilhelm Ostwald, der herausragende Chemiker seiner Zeit, entwickelte sein Salpetersäureverfahren und diente es der Reichskriegsleitung an. Der Bedarf für Salpetersäure war militärisch. Der geniale Stratege Ostwald führte Haber auf den Weg zum Vorprodukt der Salpetersäure, dem Ammoniak. Es

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