De aarde als fabriek: wetenschappers maken kunstmest onder de grond

Een internationaal onderzoeksteam heeft een methode ontwikkeld om kunstmest (ammoniak) te produceren: ze willen de aarde zelf gebruiken als fabriek. Deze techniek zou de milieu-impact van kunstmestproductie volgens de onderzoekers drastisch kunnen verminderen, door het proces duurzamer te maken en de energieconsumptie en CO2-uitstoot te verlagen.

Het idee ontstond na een opmerkelijke vondst in Mali, West-Afrika, in de jaren tachtig. Bewoners van de regio ontdekten daar een waterbron waaruit waterstofgas stroomde. “Dat was ons ‘aha-moment'”, vertelt hoofdonderzoeker Iwnetim Abate van het Massachusetts Institute of Technology (MIT). “We realiseerden ons dat we de aarde kunnen gebruiken als fabriek, waarbij we haar warmte en druk benutten om chemicaliën zoals ammoniak op een schonere manier te produceren.”

Ammoniakproductie is vervuilend
De huidige productie van ammoniak is een energieverslindend proces. Het verbruikt ongeveer 2 procent van het wereldwijde energieverbruik. Bovendien wordt voor elke geproduceerde ton ammoniak maar liefst 2,4 ton CO2 uitgestoten. Hiermee is het de grootste uitstoter van CO2 in de chemische wereld. Toch is ammoniak nodig om de wereldwijde voedselproductie op peil te houden, aangezien kunstmest essentieel is voor het verhogen van gewasopbrengsten. Dit maakt de productie van ammoniak enorm belangrijk voor de landbouw en de stabiliteit van de wereldvoedselvoorziening.

Hoe werkt het?
De onderzoekers ontwikkelden een systeem waarbij ze stikstofrijk water mengen met ijzerrijke gesteenten diep in de aarde. Door een natuurlijke chemische reactie, gestimuleerd door de ondergrondse warmte en druk, vormt zich ammoniak. In laboratoriumtests produceerden ze binnen 21 uur ongeveer 1,8 kilo ammoniak per ton gesteente. Volgens de onderzoekers kan de techniek worden opgeschaald en is die niet regiogebonden. “Deze gesteenten zijn overal ter wereld te vinden, dus de methode kan wereldwijd worden toegepast”, legt Abate uit. Toch waarschuwt hij: “Er is nog een heel scala aan complexiteit waar we doorheen moeten.” De techniek vereist het boren naar ijzerrijke gesteenten en het injecteren van stikstofrijk water, wat mogelijk langdurige investeringen en zorgvuldige planning vereist om milieueffecten te vermijden.

Kostprijs is competitief
De economische vooruitzichten zijn echter hoopgevend. De productiekosten worden door de onderzoekers geschat op ongeveer 55 dollarcent per kilo. Dat is vergelijkbaar met methoden die vandaag de dag gebruikt worden, die tussen de 40 en 80 cent per kilo variëren. De methode biedt ook mogelijkheden om afvalwater te zuiveren en tegelijkertijd nuttige grondstoffen te produceren. Een bijkomend voordeel is dat de techniek afvalwater kan gebruiken als grondstof. “Stikstof in afvalwater wordt nu gezien als vervuiling, en het kost geld en energie om het te verwijderen”, legt eerste auteur Yifan Gao uit. “Maar wij kunnen het gebruiken om ammoniak te produceren. Het is een win-winsituatie.”

Ammoniak houdt miljarden in leven
De productie van ammoniak is een van de belangrijkste industriële processen ter wereld. Zonder ammoniak zou de moderne landbouw niet kunnen bestaan, omdat het een cruciale grondstof is voor kunstmest. De huidige productiemethode, het zogeheten Haber-Boschproces, werd begin 20e eeuw ontwikkeld. Dit proces maakt van stikstof uit de lucht en waterstof onder hoge druk en temperatuur ammoniak. Hoewel essentieel voor de moderne landbouw, is het proces echter zeer energie-intensief.

In een tijd waarin we zoeken naar manieren om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, is het vinden van een duurzaam alternatief cruciaal. Deze nieuwe ‘ondergrondse’ productiemethode zou daarin wel eens een sleutelrol kunnen spelen. Bovendien zou het de productie kunnen decentraliseren; in plaats van enkele grote fabrieken zouden er veel kleinere, lokale productiefaciliteiten kunnen komen.

 

Bronmateriaal

"Geological Ammonia: Stimulated NH3 production from rocks" -
Afbeelding bovenaan dit artikel: Etienne Girardet / Unsplash

Fout gevonden?

Interessant voor jou

Voor jou geselecteerd