UAntwerpen haalt kunstmest uit de lucht

Kent u Fritz Haber en Carl Bosch? Misschien niet, maar statistisch gezien is de kans ongeveer een op twee dat je jouw leven aan hen dankt. Deze heren zijn namelijk de uitvinders van het Haber-Boschproces; de meest gebruikte methode om op industriële schaal kunstmest te produceren. Bijna de helft van de huidige wereldbevolking is vandaag afhankelijk van zulke artificiële meststoffen voor hun voedselvoorziening.

Het nadeel is dat het Haber-Boschproces gebruikmaakt van hoge temperaturen en druk. Daardoor is het ook verantwoordelijk voor een à twee procent van het wereldwijde energieverbruik en de uitstoot van zo’n 300 miljoen ton CO₂ per jaar.

Kunstmest maken met plasma

Het belangrijkste bestanddeel van kunstmest is stikstof. Dat element is niet moeilijk te vinden. 78 procent van de lucht die we inademen bestaat uit stikstof, maar dan wel als N2, een molecule die niet reageert met andere stoffen. Om het voor gewassen bruikbaar te maken, moet je stikstof omzetten naar een reactieve molecule, zoals ammoniak met het Haber-Boschproces. Een andere optie is stikstofoxide (NO_x) maken, door stikstof bloot te stellen aan een elektrische lading. Die breekt de driedubbele band die deN2-molecule samenhoudt en vormt zo een plasma; een soort gas waarin de elektronen loskomen van de atomen.

Aan de UAntwerpen doen professor Annemie Bogaerts en haar team onderzoek naar plasmareactoren waarin dit proces plaatsvindt. Die zouden tot vijf keer minder energie verbruiken dan de gangbare productie van kunstmest. Bovendien kunnen de reactoren kleinschalig en gebruiksvriendelijk genoeg zijn om boeren hun eigen meststoffen te laten maken. Zo hebben onderzoekers aan de Technische Universiteit Eindhoven vorig jaar al een prototype ontwikkeld dat werkt op zonne-energie, met alleen water en lucht als grondstoffen. Dat zou interessant kunnen zijn voor kleine boeren in ontwikkelingslanden die nu vaak geen toegang hebben tot kunstmest.

Recordefficiëntie

Het project van professor Bogaerts is opmerkelijk omwille van de hoge energie-efficiëntie. “We behaalden recordwaarden in stikstofoxideproductie vergeleken met de energiekosten”, zegt Bogaerts. “Nu is het tijd om onze bevindingen in de praktijk te brengen door het reactorontwerp en diens prestaties te optimaliseren, te testen in de praktijk, maar ook aan te bevelen welke reactor geschikt is voor opschaling en mogelijke commercialisering.”

Om die aanbevelingen te maken, zullen Bogaerts en haar collega’s nu drie verschillende reactoren bouwen en testen. Ze ontvangen daarvoor 150 000 euro extra steun in de vorm van een proof of concept-beurs van de European Research Council (ERC) van de Europese Commissie, die ook het oorspronkelijke onderzoek ondersteunde.