Forskere vil gøre ammoniakproduktion 100 pct. grøn

Med en bevilling fra Danmarks Frie Forskningsfond på 2,9 mio. kr. vil danske og amerikanske forskere nu arbejde på at udvikle en teknologi, der kan få stor betydning for ammoniakproduktion – en af verdens største udledere af CO2.

I projektet, der går under navnet "A new twist on ammonia production: more efficient electrochemical synthesis using 'designer' hydrogen-binding mediators", vil forskerne tage udgangspunkt i eksisterende elektrokemisk synteseteknologi:

”Processen er i dag totalt ineffektiv, men vi har fundet på en ny metode, hvorved vi kan kombinere nitrogen og hydrogen, som gør teknologien meget attraktiv at kigge nærmere på,” siger Adjunkt Emil Drazevic fra Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet.

Produktion af ammoniak foregår i dag primært ved den såkaldte Haber-Bosch-proces, der blev opfundet af den tyske kemiker og nobelprismodtager Fritz Haber i startede af det 20. århundrede.

Processen fremstiller ammoniak fra luftens kvælstof (N₂) ved en katalytisk reaktion med brint (H₂). Den blev perfektioneret i 1910 og har siden været bredt anvendt som primær teknologi til global produktion af ammoniak (NH₃) og har haft enorm betydning for vores moderne samfund.

En Haber-Bosch-reaktor cirkulerer brint og kvælstof, for i sig selv er reaktoren faktisk ret ineffektiv (15 pct. konversion pr. passage). Det er derfor denne genanvendelse af reaktanterne, der i sidste ende resulterer i processens effektivitet og lave energiforbrug.

Samtidig er Haber-Bosch-processen i dag på ingen måde en bæredygtig proces. De store mængder ammoniak, der produceres globalt på denne måde (mere end 235 millioner tons, hvilket er helt afgørende for moderne landbrug) koster årligt 1-2 pct. af verdens energiforbrug og udleder omkring 450 mio. tons kuldioxid - ca. 1 pct. af alle menneskeskabte CO2-emissioner og mere end nogen anden industriel kemisk reaktion.

”Det kan vi ændre ved i stedet at bruge ammoniak-brændselsceller, en vedvarende-energi-drevet anordning som ’indånder’ brint og kvælstof og ’udånder’ ammoniak,” fortæller Emil Drazevic.

Elektrokemisk syntese af ammoniak lider i dag under en lav faradaisk effektivitet og et højt energiforbrug. For at undgå dette vil forskerne bruge en speciel elektrolyt, der muliggør genanvendelse af brint i reaktoren og øger reaktionens selektivitet:

”På denne 100 pct. bæredygtige måde kan vi fremstille grøn ammoniak uden brug af fossile brændsler og ved et ganske lavt energiforbrug. Processen kan formentlig ikke konkurrere med Haber-Bosch på den store skala, men teknologien har potentiale til at revolutionere fremstillingen af ammoniak på verdensplan, da det er en langt billigere og mere simpel metode, og som fungerer virkelig godt lokalt og i mindre skala,” siger adjunkten.

Projektet er støttet af Danmarks Frie Forskningsfond og løber i 3,5 år.