Een revolutie in ammoniak: De zoektocht naar duurzaamheid en efficiëntie in de kunstmestproductie

De Haber-Bosch erfenis onthuld

Het Haber-Bosch-proces, een eeuwenoude uitvinding die van cruciaal belang is voor de wereldwijde voedselproductie, wordt nu onder de loep genomen. Dit proces produceert jaarlijks meer dan 180 miljoen ton ammoniak en is essentieel voor de groei van de wereldbevolking. De energie-intensieve aard van deze methode, die zwaar leunt op fossiele brandstoffen en resulteert in aanzienlijke koolstofemissies, heeft echter een dringende roep om innovatie noodzakelijk gemaakt.

De drang naar groene ammoniak

De transformatie naar groene ammoniakproductie is complex en omvat een verschuiving van fossiele waterstof naar klimaatneutrale bronnen en de integratie van hernieuwbare elektriciteit in plaats van aardgas. Zoals Laura Torrente Murciano van de Universiteit van Cambridge opmerkt, is deze verschuiving niet slechts een aanpassing, maar een complete herziening van de bestaande systemen. De uitdaging gaat verder dan het productieproces en omvat het heroverwegen van de hele operationele cyclus, inclusief het gebruik van elektrische compressoren voor efficiëntie.

De productie van ammoniak heroverwegen: Flexibiliteit en innovatie

De volgende grote sprong in de productie van ammoniak ligt in de ontwikkeling van flexibele reactoren die zich kunnen aanpassen aan de fluctuerende beschikbaarheid van hernieuwbare energie. Onderzoekers onderzoeken innovatieve methoden, zoals een systeem waarbij ammoniak wordt afgescheiden door absorptie, onder veel lagere druk en in een enkele container. Deze benadering belooft meer flexibiliteit en sluit aan bij de trend om energie decentraal te promoten, wat suggereert dat toekomstige ammoniakinstallaties kleiner en flexibeler kunnen worden.

De natuur nabootsen: Leren van stikstofases

Bij de zoektocht naar een alternatief voor het Haber-Bosch-proces wordt ook naar de natuur gekeken voor inspiratie. Nitrogenases, enzymen die van nature stikstof omzetten in biobeschikbaar ammoniak, zijn een belangrijk onderwerp van studie. Onderzoekers als Douglas MacFarlane en Serena DeBeer verdiepen zich in de activiteiten van deze enzymen en proberen hun efficiëntie te begrijpen en na te bootsen in een kunstmatige omgeving. Deze biologische nabootsing opent nieuwe wegen voor ammoniaksynthese, wat mogelijk leidt tot duurzamere en milieuvriendelijkere methoden.

Elektrokatalyse: De grens van ammoniaksynthese

Elektrokatalyse komt naar voren als een veelbelovende aanpak op het gebied van groene ammoniakproductie. Ondanks de uitdagingen van de lage efficiëntie en de moeilijkheid om onderscheid te maken tussen ammoniak geproduceerd door de katalysator en ammoniak afkomstig van onzuiverheden uit het milieu, hebben onderzoekers zoals Ifan Stephens van het Imperial College in Londen vooruitgang geboekt in de ontwikkeling van effectieve methoden. De sleutel tot succes ligt in het beheersen van de reactieomgeving, zoals het gebruik van lithium-gemedieerde systemen die de vorming van waterstof voorkomen. De vooruitgang op dit gebied wijst in de richting van de mogelijkheid van lokale, kleinschalige ammoniakproductie, een visie die MacFarlane deelt met zijn onderneming Jupiter Ionics, die de productie van kunstmest op locatie tot werkelijkheid wil maken.

Kortom, de reis naar duurzame ammoniakproductie is veelzijdig en omvat een mix van het herontwerpen van bestaande processen, het gebruik van hernieuwbare energie en het putten van inspiratie uit de natuur. Deze transformatie heeft niet alleen het potentieel om de milieu-impact van kunstmestproductie te verminderen, maar ook om een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we denken over en produceren van een van de fundamentele bouwstenen van de moderne landbouw.

Bron (DE): www.spektrum.de/news/ammoniak-produktion-ersatz-fuer-den-haber-bosch-prozess/2198508