Mehr und mehr wird gebundener Stickstoff gebraucht. Er wird zur Herstellung von Sprengstoff benötigt und als Stickstoffdünger in der Landwirtschaft.

Seit es 1913 den deutschen Chemikern Fritz Haber und Carl Bosch erstmals gelang, den Stickstoff der Luft in großem Maßstab in Ammoniak umzusetzen, wurden nach diesem Verfahren bereits viele Millionen Tonnen Stickstoffdüngemittel erzeugt. Der Stickstoff in der Luft ist seitdem nicht nennenswert knapper geworden, wohl aber die Energie. Der Haber-Bosch-Prozeß benötigt hohe Drücke und Temperaturen, um die widerspenstigen Elemente zu vereinigen. Ein viel sparsameres Verfahren besitzt die Natur in der Fähigkeit einiger Bakterien, mit Hilfe bestimmter Enzyme den Luftstickstoff bei normaler Temperatur und Atmosphärendruck in Ammoniak umzusetzen. Diese Bakterien leben in den Wurzelknöllchen von Schmetterlingsblütlern, zum Beispiel der Lupine, die daher früher als wichtige Pflanze zur Bodenverbesserung häufig angebaut wurde.

Den Trick, den die Natur hier anwendet, versuchen die Chemiker schon seit vielen Jahren zu durchschauen, aber erst das letzte Jahrzehnt hat Fortschritte gebracht, so daß dieser Prozeß eines Tages großtechnisch nachgeahmt werden kann.

Wir kennen die ungefähre Struktur des Enzyms Nitrogenase, das in den Bakterien die Stickstoffbindung katalysiert, und wissen, daß es, neben dem Proteinanteil und einem hohen Eisengehalt, pro Molekül ein Atom Molybdän besitzt. Dieses Molybdänatom, so nimmt man an, stellt das Zentrum der Stickstoffixierung dar. Das Nitrogenase-Molekül stellt eine sogenannte Komplexverbindung dar. Dieser Typ chemischer Verbindungen besteht aus verschiedenen, meist organischen Molekülen, den Liganden, die um ein Zentralatom angeordnet und mit ihm chemisch verbunden sind. 1965 gelang es zum erstenmal, eine Komplexverbindung mit einem Stickstoffmolekül als Liganden herzustellen, und seit 1970 kann man solche Komplexe auch unter milden Bedingungen direkt aus gasförmigem Stickstoff gewinnen. Aber der zweite Schritt der Reaktion, die Reduktion des Stickstoffs zu Ammoniak, ließ sich unter milden Bedingungen nicht vollziehen.

Doch auch hier stellten sich jetzt Erfolge ein. Zwei Forscher, die unabhängig voneinander arbeiteten, meldeten fast gleichzeitig die gelungene Synthese von Komplexen, die bei Behandlung mit verdünnten Säuren Ammoniak abspalten. In England gelang dies Joseph Chatt, in den Vereinigten Staaten konnte Eugene E. Van Tamelen dasselbe Ergebnis verzeichnen. Trotz verschiedenartiger chemischer Struktur handelt es sich in beiden Fällen um Verbindungen, die Molybdän als Zentralatom enthalten. In beiden Fällen war die Ammoniakausbeute sehr gering, die Verbindungen gleichen der Nitrogenase bis auf dasselbe Zentralatom auch noch recht wenig, die Forscher hoffen jedoch, sie durch Modifikationen an den Verbindungen zu erhöhen.

Rainer Köthe