Grön ammoniak ska ge gödsel utan fossila utsläpp
Framställningen av konstgödsel är beroende av fossila råvaror. ”Grön” ammoniak kan minska koldioxidutsläppen inom både jordbruket och sjöfarten.
Bild: Yara
Världen är beroende av ammoniak för att kunna föda en växande befolkning. Av ammoniak, en förening av väte och kväve, tillverkas handelsgödsel som ger livsviktigt kväve till jorden. Kvävet till ammoniaken hämtas från luften, men vätet tillverkas av fossil naturgas eller, på vissa håll, av kol. Totalt står tillverkningen av ammoniak för drygt en procent av världens koldioxidutsläpp.
Men en omställning är på gång. En av världens största ammoniakproducenter, norska Yara, har inlett ett projekt för att ställa om en av sina fabriker till fossilfri produktion. Det ska ske genom att tillverka vätgasen genom att spjälka vatten genom elektrolys som drivs med förnybar el. Om planen går i lås skulle det leda till minskade utsläpp av koldioxid på 800 000 ton årligen.
– Om vi ska minska vårt klimatavtryck och vara bärkraftiga på sikt så måste vi ta tag i ammoniakproduktionen, säger Lise Winther, ansvarig för nya projekt inom ammoniak.
Nu förbereds ett pilotprojekt som sökt stöd från norska myndigheter. Först om fem till sju år kan en fullskalig anläggning vara på plats.
Ammoniak – viktig roll i klimatomställningen
Inte bara Yara satsar på fossilfri ammoniak. Såväl myndigheter som företag världen över tror att ammoniak kommer att spela en viktig roll i klimatomställningen. Förutom gödsel kan den fossilfria ammoniaken användas som bränsle. Inte minst fartygsägare funderar över alternativ till olja. Då är ammoniak en het kandidat eftersom den inte ger upphov till koldioxid vid förbränning. Tester pågår både av att använda ammoniak i bränsleceller och i förbränningsmotorer, men utvecklingen befinner sig ännu i ett tidigt skede.
Ammoniak pekas även ut som ett lovande sätt att lagra energi i form av vätgas. I Saudiarabien planeras en gigantisk anläggning för att tillverka vätgas med hjälp av sol- och vindenergi, som sedan omvandlas till ”grön” ammoniak. Fullt utbyggd ska den producera 1,2 miljoner ton om året. Ammoniaken ska sedan skeppas till bland annat Japan, där ammoniaken plockas isär igen, så att vätgasen kan användas för att till exempel driva bränslecellsbilar. Även i Australien smids planer på produktion av ammoniak för export.
Det finns flera fördelar med att frakta och lagra ammoniak i stället för vätgas. Den har högre energiinnehåll per liter, är enklare att kyla ner till flytande form och det finns redan en etablerad infrastruktur.
Det är dock betydligt dyrare att tillverka ”grön” ammoniak än den ”vanliga”, där vätgasen kommer från naturgas. Processen för att tillverka ammoniak, med namn efter de båda Nobelprisbelönade upphovsmännen Haber-Bosch, är också energiintensiv. För att slå ihop vätet med kvävet krävs högt tryck och hög temperatur.
Kan fungera i liten skala
Forskare söker nya effektivare sätt att tillverka ammoniak. Johannes Messinger är professor i molekylär biomimetik vid Uppsala universitet och leder ett projekt med målet att bilda ammoniak av vatten och kväve i ett enda steg med hjälp av förnyelsebar energi.
– En stor fördel med en sådan process är att den kan fungera i liten skala. En bonde skulle kunna producera sin egen gödning med vatten, luft och el från sol eller vind, säger Johannes Messinger.
Det finns dock flera utmaningar med att tillverka ammoniak, förklarar han. En är att kväve är en så pass stabil molekyl att det är svårt att få den att reagera på ett kontrollerat sätt med vätet vid rumstemperatur och normalt lufttryck.
Det kräver att forskarna utvecklar en ny katalysator av material som finns i rikliga mängder och som kan omvandla kvävgas till ammoniak på ett effektivt sätt.
– Det är ett arbete som vi precis har påbörjat, säger Johannes Messinger.
Ett annat alternativ, som forskare vid bland annat universitetet i Utah, USA, arbetar med är att efterlikna kvävefixerande organismer som kan fånga kväve ur luften för att tillverka ammoniak med hjälp av enzymet nitrogenas.
Processen som räddade världen
Nobelpriset i kemi 1918 gick till Fritz Haber efter att han lyckats framställa ammoniak på syntetisk väg (priset har dock kritiserats eftersom Fritz Haber även bidrog till användningen av kemiska vapen under första världskriget). 1931 fick Carl Bosch kemipriset för att ha utvecklat metoder som gjorde det möjligt att framställa bland annat ammoniak i industriell skala.
Duons process kallas Haber-Bosch och räddade världen från matbrist genom att ammoniak, en förening av kväve och väte med molekylformeln NH3, kunde användas för att tillverka konstgödsel. Det är fortfarande den dominerande metoden. Årligen tillverkas omkring 170 miljoner ton ammoniak, varav huvuddelen blir konstgödsel. Men processen är energiintensiv och bidrar till drygt en procent av de globala koldioxidutsläppen eftersom vätgasen görs av fossil naturgas.
