Stickstofffixierung

Stickstofffixierung, biologischer oder industrieller Prozess, bei dem molekularer, atmosphärischer Stickstoff in eine chemische Verbindung umgesetzt wird. Diese ist für das Wachstum der Pflanzen von Bedeutung und wird auch in der chemischen Industrie genutzt.

Die in der biologischen Stickstoffixierung am häufigsten eingesetzten und leistungsfähigsten Mikroorganismen des Bodens sind symbiotische Bakterien der Gattung Rhizobium. Sie leben an den Wurzeln von Hülsenfrüchtlern, wie Klee, Luzerne und Erbsen, wo sie kleine Knöllchen bilden. Die Bakterien erhalten Nährstoffe von der Pflanze und versorgen sie ihrerseits reichlich mit Stickstoffverbindungen. Gelegentlich werden Leguminosen als Zwischenfrucht auf ausgelaugten Böden gepflanzt, damit durch die an ihnen lebenden Rhizobien wieder Stickstoff im Boden angereichert wird.

Wesentlich kleinere Stickstoffmengen werden im Boden durch nicht symbiotisch, sondern frei lebende Bakterien festgelegt (z. B. Aerobier, die nur leben können, wenn Sauerstoff vorhanden ist, oder Bakterien der Gattungen Klebsiella und Bacillus, die auch ohne Sauerstoff auskommen können). Des Weiteren können auch einige Cyanobakterien Stickstoff fixieren, etwa Anabaena, die in Symbiose mit dem Wasserfarn Azolla pinnata die Erträge von Reisfeldern deutlich steigert (so in der Region Tahi Binh im Norden Vietnams). Der Bedarf an gebundenem Stickstoff ist in der heutigen Landwirtschaft wesentlich höher, als durch natürliche biologische Abläufe bereitgestellt werden kann. Daher ist die Produktion von Stickstoffverbindungen aus atmosphärischem Stickstoff ein bedeutender Zweig der chemischen Industrie.

Heute werden die meisten Stickstoffverbindungen industriell als Ammoniak hergestellt, indem eine Mischung aus atmosphärischem Stickstoff und Wasserstoff über einen metallischen Katalysator bei 500 bis 600 °C geleitet wird. Der Ammoniak wird anschließend zu Salpetersäure oxidiert, die sich wiederum mit Ammoniak zu Ammoniumnitrat verbindet, einem Grundstoff bei der Herstellung von Sprengstoff und Mineraldünger. In einem anderen Verfahren wird zur Herstellung von Cyanamid atmosphärischer Stickstoff in Gegenwart eines Katalysators über erhitztes Calciumkarbid geleitet. Cyanamid wird als Dünger und zur Herstellung von Cyaniden (Blausäuresalzen) verwendet.