17 feb. 1999
2 minuten
Afrikaanse boeren kunnen straks hun eigen kunstmest produceren uit omgevingslucht. Tenminste, als het aan promovendus Bhaskar S. Patil van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) ligt. Hij ontwikkelde een revolutionaire reactor die stikstof uit de lucht omvormt tot stikstofoxiden (NOx), de grondstof voor kunstmest.
Patils techniek is in theorie tot vijf keer zo energiezuinig als nu gangbare processen, en kan zonder grote investeringen als kleinschalige installatie bij afgelegen boerderijen worden geplaatst.
Ammoniak (NH3) en stikstofoxiden (NOx) zijn de belangrijkste grondstoffen voor kunstmest. De productie van deze stoffen is een energie-intensief proces, verantwoordelijk voor 2 procent van de wereldwijde CO2-uitstoot. Bezuiniging is via de huidige productieprocessen bovendien nauwelijks meer mogelijk: het theoretisch minimaal haalbare energieverbruik is al vrijwel gerealiseerd.
Twee reactoren
De Indiase promovendus Patil zocht daarom voor zijn promotieonderzoek naar alternatieve productiemethodes van ammoniak en stikstofoxiden. Hij bouwde twee type reactoren, de zogeheten Gliding Arc (GA) reactor en de Dielectric Barrier Discharge (DBD) reactor. In zijn experimenten bleek de GA-reactor het meest geschikt te zijn voor de productie van stikstofoxiden. In deze reactor glijdt bij atmosferische druk een plasma-front (een soort mini-bliksem) tussen twee uiteenlopende metalen oppervlakken, beginnend bij een kleine opening (2 millimeter) tot een grotere afstand van 5 centimeter. Door deze expansie koelt het plasma af tot kamertemperatuur. Tijdens het traject dat de ‘bliksem’ aflegt, reageren stikstof (N2) en zuurstof (O2) uit de lucht in de directe nabijheid van het bliksemfront tot stikstofoxiden (NO en NO2).
Optimaliseren
Patil optimaliseerde de reactor en kwam bij een volume van 6 liter per minuut tot een energiegebruik van 2,8 MJ per mol. Dit is nog ruim boven de commercieel uitontwikkelde methoden die ongeveer 0,5 MJ/mol verbruiken. Het theoretische minimum ligt met 0,1 MJ/mol echter stukken lager. Op de lange termijn kan deze plasmatechniek dus een energiezuinig alternatief voor de huidige energievretende ammoniak- en nitraatproductie kan zijn.
Kleinschalig en duurzaam
Een bijkomend voordeel is dat bij de methode van Patil geen extra grondstoffen nodig zijn en de productie kleinschalig met duurzame energie kan worden opgewekt. Hierdoor is zijn techniek uitermate geschikt voor toepassing in afgelegen gebieden die geen toegang hebben tot het elektriciteitsnet, bijvoorbeeld in Afrika.
Stimuleren plantengroei
Het Duitse Evonik Industries, een van de sponsoren van het onderzoek, werkt inmiddels aan het doorontwikkelen van de reactor. Daarnaast is bij de TU/e een tweede promovendus gestart aan het verder uitwerken van de technologie tot concrete toepassingen. Naast gebruik bij afgelegen boerderijen is de techniek ook in te zetten bij het stimuleren van plantengroei in kassen en bij de opslag van duurzame energie in vloeibare brandstoffen.
Het promotieonderzoek van Patil is gefinancierd door het EU Mapsyn consortium.
Anderen lazen ook
