Alle levende organismen hebben stikstof nodig om te overleven. Planten nemen stikstof op in de vorm van ammoniak. Daarom is deze stof een belangrijk bestanddeel in bemesting. Voorheen kwam deze ammoniak uit fossiele brandstoffen. Elektrochemist Alexander Opitz van de Vienna Universiteit in Wenen werkt aan een duurzaam alternatief.
Ammoniak (NH3) wordt wereldwijd veel gebruikt om meststoffen te produceren. Voor de bewerking van het waterstofmolecuul (H2) zijn fossiele brandstoffen nodig. Ook wordt dit gebruikt om N2 en H2 samen te voegen tot ammoniak. Alexander Opitz en zijn team werken hieraan in het project ‘Feeding plants with electricity’.
In het begin van de twintigste eeuw hebben twee wetenschappers het Haber-Bosch proces ontwikkeld om N2 te bewerken tot ammoniak. Een hoge druk en temperatuur van honderden graden Celsius breekt de stikstofmoleculen. De benodigde energie voor dit proces is verantwoordelijk voor 1,4 procent van de wereldwijde uitstoot van koolstofdioxide.
Elektriciteit maakt ammoniak
Opitz is opzoek naar een alternatieve methode om ammoniak te produceren. Dit doet hij samen met Maximilian Weiss, Melanie Anstiss en Christian Wimmer van de Vienna Universiteit. “In plaats van veel energie te gebruiken om waterstofgas te produceren onder hoge druk, zodat het stikstof kan binden, maken wij gebruik van een proces met elektrochemische cellen, dat vergelijkbaar is met elektrolyse”, legt Opitz uit.
In dit onderzoek brengen de wetenschappers waterstofgas aan een kant van een keramische elektrode. De atomen worden hier als het ware afgepeld. Vervolgens wordt de elektron, die lading geeft aan het atoom, afgegeven en de waterstofkern blijft over. De elektrische voltage zorgt ervoor dat het atoom naar de andere elektrode gaat. Hier vormt een hoge druk. Dit is nodig voor de productie van ammoniak. “Hier zit ook de kunst van ons project”, laat Opitz weten. “We kunnen waterstof onder hoge druk brengen, door voltage toe te voegen. Dit kan komen van duurzame energiebronnen in plaats van fossiele brandstoffen.”
Het oppervlakte van het apparaat is bedenkt met een katalysator om het proces te versnellen. Zo kunnen de stikstofmoleculen worden afgebroken en samen met waterstof ammoniak vormen.
“Op dit moment zijn we echt nog in de opstartfase om de werking van de reactie te onderzoeken”, vertelt Opitz. “Eén van de volgende stappen zal zijn dat het waterstof zal worden gewonnen uit water. Dit maakt het proces écht duurzaam.”
Over het project
Het project ‘Feeding plants with electricity’ loopt van oktober 2021 tot september 2024. Dit project is gefinancierd door het Oostenrijks Wetenschapsfonds (FWF). Dit valt onder het ‘Hundred Ideas Program’ dat zich richt op innovatief onderzoek. Met dit project zoekt Opitz naar nieuwe elektrochemische processen om ammoniak te produceren, met behulp van duurzame energie en rauwe materialen.
Tekst: Kim Sjoers
Bron: FWF
