Ammoniak was ooit in de jaren tachtig van de voorbije eeuw de grote boosdoener in het milieu. Het was mede verantwoordelijk voor de zure regen. Nu zien wetenschappers de stof als groene energiebron omdat je het gemakkelijk en goedkoop kunt maken. Belgische wetenschappers hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het CO2-vrije productie van ammoniak.
Ammoniak is een heel belangrijke chemische bouwsteen. Maar het is ook een van de voornaamste bronnen van CO2-uitstoot. Door de bundeling van twee verschillende technologieën hebben wetenschappers van KU Leuven en UAntwerpen een CO2-vrij alternatief ontdekt. Ze kregen hiervoor steun van de Vlaamse overheid via het innovatieprogramma Moonshot, dat tegen 2050 een CO2-neutrale industrie wil mogelijk maken.
Wereldwijd is twee procent van de CO2-uitstoot toe te schrijven aan de productie van ammoniak. De productie gebeurt voornamelijk aan de hand van het zogenoemde Haber-Boschproces, dat aan het begin van de twintigste eeuw ontwikkeld werd. Daarbij wordt een mengsel van stikstofgas en waterstofgas door middel van hoge temperatuur en druk omgezet in ammoniak. Het gebruik van aardgas, als bron voor waterstofgas, zorgt voor de grote CO2-uitstoot.
Duurzame alternatieven
Wetenschappers van KU Leuven en UAntwerpen hebben nu een eerste doorbraak gerealiseerd in de zoektocht naar een duurzaam alternatief voor ammoniaksynthese. Professor Annemie Bogaerts (UAntwerpen). “Een eerste drempel om ammoniak te produceren, is het splitsen van het stikstofmolecule N2. Dat is een erg stabiel molecuul. In plaats van de hoge temperaturen en druk van Haber-Bosch gebruiken wij een plasmareactor.”
“Plasma krijg je door gas te verwarmen of door er elektrische energie in te brengen. Zo ontstaat er een cocktail van verschillende reactieve deeltjes waarin nieuwe chemische reacties mogelijk zijn. In de plasmareactor vormen zich elektrische ladingen en hoge temperaturen, vergelijkbaar met een bliksem. In deze omstandigheden is het mogelijk om het stabiele stikstofmolecule N2 te splitsen. Door reactie met zuurstof ontstaan er vervolgens stikstofoxides.”
Inspiratie in de autosector
Stikstofoxides zijn beter bekend als NOx. “Er bestaan in de automobielsector al technologieën om de NOx-moleculen te elimineren uit de uitlaatgassen en daarop hebben we ons gebaseerd”, zegt professor Johan Martens (KU Leuven). “We hebben een bestaande filter aangepast zodat die de NOx-moleculen niet omzet in stikstof, maar in ammoniak.”
Eigen meststoffen produceren
“Door de combinatie van plasmatechnologie met concepten uit de auto-industrie kan je dus op een duurzame wijze ammoniak produceren. En het mooie is dat de nodige grondstoffen, lucht en water, altijd en overal aanwezig zijn. Voor de opwekking van het plasma kan je dan weer hernieuwbare elektriciteit gebruiken via zonne- of windenergie.”
“Onze technologie zal het Haber-Boschproces niet meteen vervangen, maar kan op korte termijn wel een bijzonder waardevolle aanvulling bieden”, vult professor Martens aan. “In tegenstelling tot de huidige ammoniakproductie die gebeurt in een beperkt aantal gigantische reactoren, kan de plasmatechnologie lokaal worden ingezet met kleine installaties op verschillende plekken. Denk aan boeren in afgelegen gebieden. Zij kunnen met deze technologie, aangedreven door zonne- of windenergie, hun eigen meststoffen produceren.”
De studie ‘A new route towards green ammonia synthesis through plasma‐driven nitrogen oxidation and catalytic reduction’ werd gepubliceerd in het vaktijdschrift Angewandte Chemie.
Ook interessant: Groene ammoniak – brandstof voor emissieloze scheepvaart
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
