Harnstoff, eine in der Industrie, der Landwirtschaft und anderen Bereichen weit verbreitete Verbindung, hat aufgrund des hohen Energieverbrauchs seiner traditionellen Produktionsprozesse viel Aufmerksamkeit erregt. Kürzlich hat ein Forschungsteam der Sun-Yat-sen-Universität ein innovatives Harnstoffsyntheseverfahren vorgestellt, das einen neuen Weg für eine energieeffiziente Harnstoffproduktion eröffnet.

Die traditionelle Harnstoffherstellung erfolgt in zwei Schritten: Zunächst wird Stickstoff zu Ammoniak synthetisiert, welches anschließend mit Kohlendioxid zu Harnstoff reagiert. Dieser Prozess erfordert jedoch hohe Temperaturen und Drücke, was zu einem extrem hohen Energieverbrauch führt. Um dieses Problem zu lösen, arbeiten Ingenieure intensiv an der Entwicklung energieeffizienterer Harnstoffsynthesetechnologien.

Ein Forschungsteam der Sun-Yat-sen-Universität hat eine neue Methode zur Synthese von reinem Harnstoff mithilfe von vorbehandeltem Rauchgas in einer protonenfreien Umgebung entwickelt. Sie erreichten dies durch einen Elektrolyseur mit integriertem Festelektrolyten und veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift *Nature Nanotechnology*. Die Teammitglieder Liu Yanchen, Huang Jiarun und ihre Kollegen wiesen in der Publikation darauf hin, dass durch die Schaffung einer protonenfreien Umgebung unerwünschte Nebenreaktionen unterdrückt und somit die Harnstoffproduktion gesteigert werden können.

Der vom Team verwendete Katalysator ist ein ultradünnes, zweidimensionales Metall-Azolinium-Verbindungsgerüst in Nanostruktur mit cyclischen heterotrimetallischen Clustern. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Harnstoffproduktion aus vorbehandeltem Rauchgas mit diesem Katalysator eine Faradaische Ausbeute von bis zu 65,5 % erreicht, ohne dass Ammoniak oder andere flüssige Produkte entstehen. Bei niedrigen Batteriespannungen konnte das Team kontinuierlich hochreine wässrige Harnstofflösungen herstellen und reinen Harnstoff als Feststoff gewinnen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Harnstoffsyntheseverfahren verbraucht diese neue Strategie nicht nur weniger Energie, sondern ermöglicht auch die kontinuierliche Produktion von hochreinem Harnstoff ohne Ammoniak-Nebenprodukte. Die Forscher gaben an, dass die Verwendung von vorbehandeltem Rauchgas als direkter Rohstoff die Inputkosten deutlich senkt, während die hohe Reaktionsgeschwindigkeit und Selektivität zur Reduzierung der Anlagengröße und der Betriebskosten beitragen.

Dieses innovative Verfahren eröffnet neue Möglichkeiten für eine energieeffiziente Harnstoffproduktion im großen Maßstab und dürfte die Harnstoffproduktion in eine umweltfreundlichere und wirtschaftlichere Richtung lenken.

Weitere Informationen: Taylor N. Szyszka et al., „High-fidelity in vitro packaging of various synthetic goods to encapsulation protein cages“, *Angewandte Chemie International Edition* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Angewandte Chemie International Edition*