Ammoniak produceren zonder extra uitstoot: deze oplossing maakt het mogelijk
Door biomethaan te gebruiken voor de productie van ammoniak, een cruciale chemische stof in de landbouw, kunnen we de klimaatimpact van het proces drastisch verminderen. In een nieuwe pubicatie in One Earth toont milieuwetenschapper Robert Istrate aan dat het zelfs mogelijk is om de productie van ammoniak CO2-neutraal te maken, of er koolstof mee uit de atmosfeer te verwijderen.
De chemische stof ammoniak is veel belangrijker dan veel mensen zich realiseren. Het vormt de basis van synthetische meststoffen die we wereldwijd gebruiken in de landbow, wat betekent dat miljarden mensen ervan afhankelijk zijn. Helaas komt de productie van ammoniak met een groot negatief gevolg: de aanzienlijke CO2-uitstoot die bijdraagt aan de klimaatcrisis.
Ammoniak wordt gemaakt van stikstof en waterstof, waarbij de waterstof meestal afkomstig is van aardgas. ‘Aardgas bevat zowel koolstof als waterstof, maar voor ammoniak heb je alleen de waterstof nodig’, legt Istrate uit. ‘Daardoor komt er veel koolstof vrij tijdens het productieproces, wat vervolgens in de atmosfeer terechtkomt.’
Een mogelijke oplossing om de klimaatimpact van ammoniak te verminderen, is het produceren van waterstof via elektrolyse met behulp van hernieuwbare energie. ‘Maar dat is duur’, zegt Istrate, ‘en nog niet goed geoptimaliseerd.’ Daarom wordt momenteel maar een klein deel van de ammoniak op deze manier geproduceerd.
Biomethaan heeft dezelfde chemische structuur als aardgas
Istrate, een milieu-ingenieur, stelt een alternatieve oplossing voor. Hij zoekt naar manieren om chemische processen minder CO2 te laten uitstoten, en ontdekte zo de voordelen van biomethaan voor de productie van ammoniak.
Biomethaan heeft dezelfde chemische structuur als aardgas, namelijk een koolstofatoom met vier waterstofatomen (CH4). ‘Dat betekent dat we de bestaande faciliteiten voor ammoniakproductie kunnen blijven gebruiken’, legt hij uit. Er is echter een cruciaal verschil: aardgas is een fossiele brandstof, terwijl biomethaan afkomstig is van biomassa, zoals voedselafval of landbouwresiduen.
Wanneer je biomethaan gebruikt, is de koolstof die vrijkomt pas relatief kortgeleden uit de lucht gehaald tijdens de groei van biomassa via fotosynthese, oftewel: door planten die groeiden door de zon. ‘Dat zorgt voor balans’, legt Istrate uit. In tegenstelling tot biomethaan, zorgt het gebruik van aardgas ervoor dat er extra CO2 in de atmosfeer komt, CO2 die miljoenen jaren ondergronds lag opgeslagen.
Koolstof opvangen en permanent opslaan
‘Dit biedt al een voordeel ten opzichte van aardgas’, zegt Istrate. Maar er is meer. ‘Als je de koolstof niet uitstoot maar opvangt en permanent opslaat, dan kun je toewerken naar uitstootvrije productie, of zelfs verwijdering van koolstof uit de atmosfeer: een koolstofnegatieve productie.
Het opvangen van koolstof vergt niet veel extra moeite, omdat het scheiden van CO2 al een standaard onderdeel is van de productieprocessen van biomethaan en ammoniak. ‘Dat is een belangrijk voordeel van ammoniak. Om het te maken moet je sowieso al CO2 scheiden, daar hoeven dus geen nieuwe technologieën voor ontwikkeld te worden.’
‘Een belangrijk voordeel van ammoniak is dat je de CO2 sowieso al moet scheiden.’
In zijn onderzoek vergeleek Istrate de volledige levenscyclus van de conventionele productiemethoden van ammoniak met elektrolyse en productie met biomethaan. Zo ontdekte hij dat we ammoniak inderdaad koolstofnegatief kunnen produceren, als we het volledig maken uit biomethaan, en combineren met koolstofopvang en -opslag.
Wat als we een ‘realistischere’ situatie bekijken?
Istrate onderzocht ook een ‘realistischere’ situatie waarin we aardgas mengen met biomethaan. Hij concludeerde dat een mengsel van 44 procent biomethaan en 56 procent aardgas voldoende is om netto geen koolstof uit te stoten, mits we de vrijgekomen koolstof opvangen.
Volgens het onderzoek kan biomethaan qua kosten concurreren met aardgas, als we in alle scenario’s ook de kosten van CO2-verwijdering meerekenen. Een belangrijke reden hiervoor zijn de hoge gasprijzen, deels veroorzaakt door de Russische invasie in Oekraïne. En zogeheten Direct Air Carbon Capture and Storage (DACCS), een alternatief waarbij CO2 rechtstreeks uit de lucht verwijderd wordt, is duur en inefficiënt.
‘Je hebt geen complexe technologieën als DACCS nodig. Vaak zijn er eenvoudigere oplossingen die direct resultaat opleveren’, aldus Istrate. Het gebruik van biomethaan in de ammoniakproductie zou zo’n ‘eenvoudige oplossing’ kunnen zijn.
Verder lezen
Robert Istrate, Abhinandan Nabera, Javier Pérez-Ramírez, Gonzalo Guillén-Gosálbez, One-tenth of the EU’s sustainable biomethane coupled with carbon capture and storage can enable net-zero ammonia production, One Earth, 2024, ISSN 2590-3322, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590332224005815