Ammoniak:Et trumfkort til energiomstillingsprocessen

Under sit praktikophold som Kemiteknologistuderende hos Haldor Topsøe, UT Ph.D. forsker Kevin Rouwenhorst indså de mange muligheder, som ammoniak giver. I øjeblikket bruges det primært til fremstilling af kunstgødning og har derfor et dårligt navn. Men ammoniak er også et af syv kemikalier, der danner grundlag for alle kemiske produkter, og det er med til at brødføde omkring 50 % af verdens befolkning.

Ammoniak—NH₃ - som en forbindelse af brint og nitrogen, er en ideel bærer af energi, især brint. Rouwenhorst, under opsyn af Louis van der Ham, ønskede at undersøge dette koncept under sit afsluttende forskningsprojekt i byen, hvor han blev født, Haaksbergen. Ville landsbyen i Twente være i stand til at opgive fossile brændstoffer og kun bruge energi genereret af vindmøller, solpaneler og bæredygtigt produceret ammoniak?

Specialet gav ham appetit på mere. Han stødte på en ph.d. stilling hos S&T-forskningsgruppen Catalytic Processes and Materials. I løbet af de sidste fire år har han specifikt fokuseret på plasmaforstærket katalytisk ammoniaksyntese under opsyn af Leon Lefferts. "Omkring 80 % af vores luft består af nitrogen. Dette nitrogen skal nedbrydes under processen for at skabe ammoniak," forklarer Rouwenhorst. "Til dette formål har du brug for et katalytisk middel. Men forbindelserne er så stærke, at du har brug for industrielle temperaturer på mellem 400 og 500 grader Celsius. Plasma hjælper med at realisere den samme proces ved temperaturer på mellem 200 og 300 grader Celsius."

Men, som det så ofte er tilfældet i videnskaben, er ruten til den endelige destination alt andet end ligetil. Dette blev hurtigt indset af ph.d. kandidat. "I praksis var processen ikke den bedste mulighed for at omdanne nitrogen til ammoniak. Men plasmaprocessen så ud til at være nyttig til andre anvendelser, såsom produktion af salpetersyre, som også bruges til fremstilling af kunstgødning."

Disse eksperimenter i lille skala, i laboratoriet, er én ting. Men Rouwenhorst har fundet udviklingen uden for disse mure langt mere interessant. Eller rettere sagt, det er kombinationen, der virkelig tiltaler ham. "Jeg er fascineret af oversættelsen fra fundamental videnskab til omfanget af enorme kemiske fabrikker. Og også hvordan folk vil reagere på denne type udvikling." Derfor er Rouwenhorst ikke kun ph.d. kandidat; han arbejder også for Ammoniak Energy Association og er innovationsingeniør for virksomheden Proton Ventures. "Det hjælper at se udviklingen fra forskellige perspektiver. Jeg bliver energisk af kombinationen af ​​at gøre noget, der er nyttigt og også realistisk."

Og det er netop, hvad der er foregået de seneste år. Rouwenhorst tilføjer, at der har været teknologi til at producere vedvarende ammoniak i industriel skala siden 1920. "Men fokus faldt, og på det seneste har kun en håndfuld videnskabsmænd bevaret deres tro på konceptet." Men udviklingen er vendt i de seneste år. "I øjeblikket bygges fabrikker i gigawatt-skala til at køre på vedvarende ammoniak adskillige steder rundt om i verden. Ifølge International Renewable Energy Agency er ammoniak den billigste mulighed for at transportere brint på tværs af kontinenter. Også hvis du har brint , kan du lave ammoniak og omvendt. Ammoniak kan derfor fungere som en bærer af brint. Ydermere ser shippingindustrien ammoniak som den primære mulighed for renere brændstof."

Det ville betyde, at verden ville have brug for langt mere ammoniak. Ifølge en nylig rapport, som Rouwenhorst skrev, kunne vi have brug for fire gange så meget i 2050. Og dette skal involvere de lavest mulige niveauer af CO₂ . Hvis dette lykkes, mener Rouwenhorst – på grundlag af en "snak papir"-beregning – at global CO₂ emissionerne kunne reduceres med 5 % blot som følge af den bredere anvendelse af ammoniak. Det bliver så straks et trumfkort inden for energiovergangen.

Ikke desto mindre tøver han med at sige, at ammoniak er en ægte hellig gral. "Man skal fokusere på merværdien for både menneskeheden og naturen. Indenfor kontinenter kan det for eksempel være mere fordelagtigt at bruge det eksisterende gasnet til at producere brint." Det viste hans afhandling også. I sidste ende var Haaksbergen ikke det ideelle miljø for en fuldstændig omlægning til vedvarende ammoniak. "Men under min Ph.D. arbejdede jeg sammen med Victor Sagel og Jimmy Faria på lignende forskning på Curaçao, hvor der er meget mere vind. Der er det potentielt en brugbar løsning. Men selv med hensyn til klimakrisen , du skal være realistisk og overveje den lokale kontekst. Ellers kan du miste dit mål af syne." + Udforsk yderligere

Forskere udvikler en ny måde at beregne miljøpåvirkningen af ​​ammoniakproduktion