's Werelds meest geproduceerde molecuul nu CO2-neutraal

Het huidige productieproces van ammoniak stoot veel koolstofdioxide uit. Op globale schaal is ammoniak (NH₃) verantwoordelijk voor 2% van de CO₂-uitstoot. In Vlaanderen zelfs voor 15% van de chemische sector. Ter vergelijking: ook het totale mondiale vliegverkeer is goed voor ongeveer 2% van de CO₂-uitstoot.

Een samenwerkingsverband tussen twee lang bevriende wetenschappers aan de UAntwerpen en KU Leuven brengt een CO₂ -vrije wijze van ammoniakproductie tot stand. Het Moonshot-innovatieprogramma van de Vlaamse overheid, dat de Vlaamse industrie tegen 2050 CO₂-neutraal wil maken, financiert het project.

Grote hoeveelheden aardgas

Momenteel wordt ammoniak nog geproduceerd onder hoge druk en bij een hoge temperatuur aan de hand van een honderd jaar oud proces. Dit proces is het meest rendabel als het wordt toegepast op grote schaal in megafabrieken. Om het waterstofgas – samen met stikstofgas essentieel voor ammoniak – te produceren en de hoge temperatuur en druk te bereiken, worden grote hoeveelheden aardgas verbrand, waarbij CO₂ vrijkomt.

Ammoniak is een belangrijke chemische bouwsteen en kent enorm veel toepassingen. Het wordt gebruikt in koelinstallaties, in farmaceutische producten, als schoonmaakmiddel, bij de vervaardiging van textiel. En, zoals gezegd, dus ook bij de fabricatie van kunstmest.

Tweestapsproces

Annemie Bogaerts, plasma-expert aan de UAntwerpen, werkte aan de eerste stap van het productieproces: het splitsen van het stikstofmolecuul N₂. Dit gebeurt in een plasmareactor.

In de plasmareactor wordt lucht en elektriciteit ingevoerd. Door de toevoeging van elektriciteit aan de lucht worden de luchtmoleculen gesplitst in ionen en elektronen (elektrisch en negatief geladen deeltjes, red.), en krijg je plasma.

De elektronen gaan de luchtmoleculen verder splitsen in stikstof- en zuurstofatomen. Deze vormen dan weer combinaties genaamd stikstofoxides.

Johan Martens, een bio-ingenieur aan de KU Leuven, verzorgt de tweede stap. Hij is onder andere werkzaam in de automobielsector. 'In de cilinders van automotoren zijn er heel extreme condities op vlak van druk en van gassensamenstelling. Die motor lijkt wel wat op een plasmareactor', zegt Martens.

Samen met zijn team paste hij een katalysator uit de automobielsector aan, zodanig dat deze de stikstofoxidemoleculen omzet in ammoniak door de stikstofatomen te verbinden met waterstof (H).

Het hele proces kan CO₂-vrij zijn doordat de stikstofmoleculen uit de lucht gehaald kunnen worden, het plasma gecreëerd kan worden door groene energie en de waterstof uit water gehaald kan worden. Martens en Bogaerts gebruiken dus enkel lucht, water en hernieuwbare energiebronnen.

Op dit moment gaat het enkel nog om een model, maar zijn er plannen om het idee uit te werken voor praktische toepassingen.

Lokale productie

Door de mogelijkheid om ammoniak te produceren zonder de megafabrieken is het veel makkelijker om het lokaal te produceren. 'Dit kan een oplossing bieden voor afgelegen gebieden in bijvoorbeeld Afrika', stelt Martens. 'Zij kunnen met de plasmatechnologie hun eigen kunstmest lokaal en schoon produceren in plaats van een heel transportsysteem op te zetten.'

De technologie zal vooralsnog het huidige proces niet vervangen, maar dient als complementaire technologie. Martens verwacht niet dat de grote fabrieken op korte termijn zullen verdwijnen. Wel zouden deze fabrieken op den duur geëlektrificeerd kunnen worden waardoor die fabrieken ook minder CO₂ uitstoten.

Lander Hollevoet, een collega van Martens, met de katalysator