Plasma-reactor maakt kunstmest bereikbaar voor kleine boeren - Utilities
nieuws

Plasma-reactor maakt kunstmest bereikbaar voor kleine boeren

Publicatie

23 feb 2021

Categorie

Petrochem

Soort

nieuws

Tags

kunstmest, reactor, stikstof

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) bouwden een kleine plasma-reactor die vloeibare kunstmest maakt met behulp van zon, water en lucht. ‘De installatie is eenvoudig, duurzaam en zeer efficiënt’, zegt TU/e-onderzoeker Fausto Gallucci. ‘We willen de reactor nu op de markt brengen, zodat hij beschikbaar komt voor boeren over de hele wereld.’

Stikstof is een van de drie belangrijkste macronutriënten die planten gebruiken om te groeien (naast fosfor en kalium). In 2015 werd ongeveer een op de twee mensen gevoed met voedsel dat werd geteeld met behulp van stikstofhoudende meststoffen. Dit aandeel zal de komende jaren nog verder toenemen. Hoewel kunstmest in de ontwikkelde wereld ruim voorhanden is, is het in ontwikkelingslanden een stuk minder gangbaar.

Niet-thermische plasma

De zogenaamde Leap Agri reactor maakt gebruik van plasmatechnologie. Plasma is de vierde toestand van de materie en bestaat uit geïoniseerde atomen en moleculen. Het plasma dat in de kunstmestfabriek wordt gebruikt is niet-thermisch. Terwijl de elektronen die de reactie aandrijven extreem hoge temperaturen bereiken, blijft het gas dat de reactie omringt relatief koel. Dit bespaart uiteraard energie. Het maakt plasmatechnologie een aantrekkelijk alternatief voor de traditionele manier om stikstof te produceren: het zogenaamde Haber-Bosch-proces. Daarvoor zijn zowel hoge druk als hoge temperaturen vereist. Het Haber-Bosch-proces verbruikt naar schatting 1 tot 2 procent van de totale energie in de wereld.

Stikstoffixatie

Om stikstofhoudende meststoffen te maken in een plasmareactor gebruikt men een proces dat bekend staat als stikstoffixatie. Dit is nodig omdat N2, een gas dat ruimschoots beschikbaar is in de lucht, chemisch inert is. Dit maakt het moeilijk voor planten om het te gebruiken. Stikstoffixatie lost dit probleem op. Het zet de stikstof (N2) uit de lucht om in NOx, dat op zijn beurt met zuurstof en water reageert tot nitraat (NO3-). Dit nitraat is een ingrediënt voor vloeibare meststof. Om het fixatieproces op gang te brengen, moeten de N2-moleculen eerst worden ‘geactiveerd’ via een elektrische lading. Dit verbreekt de bindingen die de stikstofatomen bij elkaar houden, waardoor een plasma ontstaat. In het geval van de Leap Agri-reactor levert een zonnepaneel de elektriciteit voor de plasmavorming, een goedkope, duurzame bron en ruim beschikbare bron in ontwikkelingslanden.

Hoewel de technologie ultramodern is, is de toepassing erg low-tech. ‘We stuurden onze plasmareactor naar het National Agricultural Research Organisation (NARO) in Uganda, die nog nooit met plasmatechnologie had gewerkt’, zegt Gallucci. ‘Ze konden binnen een maand kunstmest produceren. Ons systeem is kleinschalig, eenvoudig en zeer snel. Zodra je het aanzet, is het een kwestie van seconden voordat het kunstmest begint te produceren. Dat maakt het ook heel flexibel: je laat het alleen draaien als de zon schijnt en je kunstmest nodig hebt.’

Hoog nitraatgehalte

Het proces is zeer efficiënt: het levert een vloeibare meststof op met een hoog nitraatgehalte dat gemakkelijk door planten kan worden opgenomen. In Oeganda is een analyse gemaakt door NARO-onderzoekster Stella Kabiri, die deze meststof vergeleek met andere gangbare meststoffen op de plaatselijke markt. Daaruit bleek dat het nitraatgehalte circa 20 procent bedraagt. Dat is respectievelijk 14, 42 en 51 procentpunten hoger dan de vaste meststoffen ammoniumnitraat, NPK en Urea.

‘Op dit moment zijn de kosten van de minireactor nog vrij hoog (zo’n 70.000 euro). Maar Gallucci verwacht dat de prijs aanzienlijk zal dalen zodra hij op grotere schaal wordt geproduceerd.

Meer in het vat

Gallucci is samen met een aantal partners de TU/e-spin-off 4th State Technologies begonnen om de minireactor op de markt te brengen. Hij verwacht dat het apparaat binnen de komende drie tot vijf jaar beschikbaar zal zijn, nadat het noodzakelijke certificeringsproces is afgerond. De spin-off gaat ook andere veelbelovende toepassingen van plasmatechnologie onderzoeken, zoals het afvangen en hergebruiken van CO2 voor de chemische industrie.

Bron: TU Eindhoven

Industrielinqs 4, 2021

4 mei 2021

nieuws

Shell start aardwarmteproject in Friesland

AGENDA