Zu viel Gülle, zu viele Düngemittel: An vielen Orten in Deutschland beeinträchtigt die intensive Landwirtschaft die Wasserqualität. Die Nitrat-Werte im Grundwasser sind zu hoch. Ein Forscherteam der Jacobs University um den Chemiker Prof. Dr. Ulrich Kortz hat jetzt im Labor einen neuen Weg gefunden, wie die Nitrat-Belastung im Wasser reduziert werden kann – mithilfe von sogenannten Polyoxometallaten, kurz: POMs.
POMs sind Geschöpfe der Nanowelt. Es handelt sich um molekulare Metall-Sauerstoff-Verbindungen, die im Labor mithilfe der Reaktion von verschiedenen Substanzen in Wasser hergestellt werden, oftmals unter erstaunlich simplen Bedingungen. Der Chemieprofessor Ulrich Kortz und sein Team gehören zu den weltweit führenden auf dem Gebiet der Synthese neuartiger POMs. Von einer „magischen Rezeptur“, spricht Kortz, wenn es darum geht die exakten Synthesebedingungen für ein POM zu identifizieren, welches robust und lösungsstabil ist.
Nitrat-Reduktion mittels POMs
In dem konkreten Fall haben die Forscher mit einem bestimmten POM gearbeitet, welches eine vakante Stelle in der Gerüststruktur aufweist. Diese Vakanz haben sie systematisch mit verschiedenen Metallatomen gefüllt, und dann untersucht, wie die so angereicherten POMs den elektrokatalytischen Abbau von Nitrat in Wasser beeinflussen. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die POMs mit Kobalt und Zink eher unauffällig blieben. Der Einbau von Kupfer oder Nickel erwies sich jedoch als ausgesprochen effektiv: Das nickelhaltige POM senkte den Nitrat-Gehalt um den Faktor 4, und das kupferhaltige POM sogar um den Faktor 50.
Von einem „hochinteressanten Resultat“ spricht Grundlagenforscher Kortz. Er setzt auch deshalb große Hoffnungen in die Methode, weil die Nitrat-Reduktion mithilfe von POMs weniger Kohlendioxid emittiert als herkömmliche Verfahren, also umweltfreundlicher ist. Weitere Untersuchungen sollen nun klären, ob und wie sich die Methode zielsicher im Alltag einsetzen lässt.
Die Nitrat-Belastung im Grundwasser ist ein seit langem bekanntes Problem in Deutschland. Laut dem Nitrat-Bericht 2016 der Bundesregierung weisen fast ein Drittel der Messstellen für die Grundwasserqualität zu hohe Nitrat-Werte auf. Verantwortlich dafür ist vor allem der übermäßige Einsatz von Stickstoffdüngern in der Landwirtschaft. Ist das Grundwasser zu stark mit Nitrat belastet, muss es für die Trinkwasserversorgung verdünnt oder das Nitrat technisch reduziert beziehungsweise beseitigt werden. Der erlaubte Grenzwert liegt bei 50 Milligramm pro Liter.
Kortz und sein internationales Team, zu dem auch Wissenschaftler aus China, Indien, Libanon, Pakistan, Simbabwe und Japan gehören, haben ihre Ergebnisse jüngst in dem European Journal of Inorganic Chemistry veröffentlicht. Wie diese POMs entwickelt und für diese Anwendung maßgeschneidert wurden, zeigt auch sehr anschaulich ein kurzer Film unter: vimeo.com
