Vom Kunstdünger bis zur Abgasreinigung

Frankfurt/Main – Wenn Autos künftig von Wasserstoff angetrieben fahren, dann steckt dahinter auch der am Mittwoch mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnete Physiker Gerhard Ertl. Vom Kunstdünger zur Abgasreinigung und bis hin zur Brennstoffzelle wird seine grundlegende Forschung der Oberflächenchemie eingesetzt. „Gerhard Ertl ist einer der ersten, der das Potenzial dieser neuen Techniken erkannte“, erklärte das Nobelpreiskomitee in Stockholm.

„Das könnte dazu führen, dass wir zum Beispiel Wasserstoff als Energiequelle haben werden anstatt der fossilen Brennstoffe, die wir jetzt nutzen“, erklärte Astrid Graslund, die Sekretärin des Nobelkomitees. Dank Ertl könnten Brennstoffzellen künftig auf eine effizientere Art gebaut werden. Dabei war Ertl nie der typische Chemiker, der mit weißem Kittel im Labor steht und Reagenzgläser schüttelt. Der Physiker untersuchte die Oberflächenreaktionen von Metallen mit Hilfe komplizierter technischer Ausstattungen wie einer Vakuumkammer, dem Elektronenmikroskop oder dem Reinraum.

Ertl wurde nicht für eine einzelne Entdeckung mit dem ersten Chemie-Nobelpreis für einen deutschen Wissenschaftler seit 19 Jahren ausgezeichnet, sondern für seine systematische Forschung auf dem Gebiet der physikalischen Chemie. Die von ihm analysierten und verbesserten chemischen Abläufe und Modelle sorgen für das Funktionieren von Katalysatoren und verbessern die Qualität von Computer-Chips genauso wie die von Kunstdünger. Oberflächenreaktionen sind für die chemische Industrie entscheidend.

Besonders hervorgehoben wurde von der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften Ertls Analyse der Kunstdüngerherstellung. „Diese Reaktion hat eine erhebliche finanzielle Bedeutung“, hieß es. Schließlich bestimme die auf dem sogenannten Haber-Bosch-Verfahren basierende chemische Reaktion mittelbar die Ernteerträge. Das Verfahren ist nicht neu: 1918 erhielt Fritz Haber dafür den Nobelpreis. Aber Ertl war der erste, der die katalytische Reaktion des Verfahrens komplett entschlüsselt hat. Damit ermöglichte er es, die Reaktion zu beschleunigen und die Düngerproduktion zu verbessern.

Im Haber-Bosch-Verfahren reagiert der in der normalen Luft vorhandene Stickstoff mit dem Element Wasserstoff und bildet Ammoniak. Dies ist der erste und schwierigste Schritt bei der Herstellung von Düngemittel: Zur Reaktion wird ein Katalysator benötigt, der den Verlauf in Gang bringt, ohne sich selbst direkt an der Reaktion zu beteiligen. Und hier kommt die Oberflächenchemie ins Spiel, denn der Katalysator ist fein verteiltes Eisen. Auf dessen Oberfläche erfolgt die entscheidende Reaktion. Sowohl Wasserstoff als auch Stickstoff haften auf der Eisenoberfläche und reagieren daher leichter miteinander. Ertl deckte auf, dass die Spaltung der Stickstoffmoleküle zu Atomen der langsamste Schritt des Verfahrens war. Dieser musste also systematisch verbessert werden.

Besseres Verständnis der Zerstörung der Ozonschicht

„Oberflächenchemie kann sogar die Zerstörung der Ozonschicht erklären, da wesentliche Schritte der Reaktion auf den Oberflächen kleiner Eiskristalle in der Stratosphäre stattfinden“, erklärte das Nobelpreiskomitee in seiner Begründung. Auch Auto-Katalysatoren werden heute dank der Forschung von Ertl besser verstanden: Er untersuchte die Oxidation von Karbonmonoxid (CO) auf Platin detailliert – das ist die entscheidende Reaktion beim Filtern von Auto-Abgasen. Ertl ermöglichte es, das giftige Karbonmonoxid effizienter in Kohlendioxid (CO2) umzuwandeln, bevor es durch den Auspuff die Umgebungsluft verpestet.

Auch das Halbleitermaterial für die Elektronikindustrie konnte mit dem Wissen um die chemischen Reaktionen der Feststoffe verbessert werden. Zuletzt arbeitete der Forscher wieder an der Untersuchung von Wasserstoff auf Metalloberflächen. Bundesforschungsministerin Annette Schavan gratulierte dem Professor am Mittwoch und nannte ihn einen „exzellenten Grundlagenforscher und eine große Forscherpersönlichkeit“.

Ertl erklärte am Vormittag, er könne es noch gar nicht fassen. Die Auszeichnung war für ihn das wahrscheinlich schönstes Geburtstagsgeschenk, denn just am (heutigen) Mittwoch wurde er 71 Jahre alt. „Ich hoffe, dass ich mit meiner Familie Geburtstag feiern kann heute“, kommentierte er den Medienrummel. (AP)

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