Chemici van UAntwerpen bouwden een nieuwe plasmareactor die met microgolfstralen stikstof duurzamer kan fixeren. Toepassingen liggen onder meer in het verduurzamen van de kunstmestproductie.

Tekst: Redactie Proces Media | Fotografie: UAntwerpen

Bij stikstoffixatie worden niet-reactieve stikstofmoleculen uit de lucht omzet naar eenvoudige, reactieve stikstofcomponenten als ammoniak of stikstofoxides. Het is een van de belangrijkste chemische processing in de agro-food, want de vastlegging maakt stikstof beschikbaar voor levende organismen, met als bekend voorbeeld nitraatrijke mestkorrels. Bij het fixatieproces komt echter veel CO2 vrij en het vergt enorm veel energie, met als bekendste voorbeeld het Haber-Bosch-proces voor de kunstmestproductie. “Dit proces verbruikt bijna 3% van de wereldwijde aardgasproductie en stoot wereldwijd meer dan 300 miljoen ton CO2 per jaar uit. Er is dus dringend nood aan duurzame alternatieven”, stelt prof. Annemie Bogaerts uit van het Departement Chemie aan de UAntwerpen.

Plasmareactor

Mogelijk is plasmatechnologie een groener alternatief. Plasma is de vierde aggregatietoestand, naast vast, vloeibaar en gasvormig, en kan gemaakt worden door het elektrificeren van een gas. Bogaerts onderzoeksgroep PLASMANT, gespecialiseerd in plasmatechnologie voor duurzame chemie, is daarom een project gestart om de toepassingen te onderzoeken voor stikstoffixatie. Sean Kelly, postdoctoraal onderzoeker bij PLASMANT, bouwde hiervoor een plasmareactor die werkt met microgolfstraling. De eerste resultaten zijn hoopgevend. Volgens de onderzoekers zou deze reactor de opstap kunnen zijn naar duurzame stikstoffixatie op grote schaal. “Deze nieuwe reactor werkt zonder elektroden”, legt Kelly uit. “Het plasma zelf komt niet in contact met de wanden, wat de levensduur van de reactor aanzienlijk verlengt en minder energieverlies geeft.”

Industriële opschaling

PLASMANT claimt het hoogste rendement ooit behaald met een plasmareactor te hebben gemeten. Nooit werd er in onderzoekssituaties zo weinig energie gebruikt voor stikstoffixatie met plasma onder atmosferische druk. “De experimenten tonen aan dat dit proces zeer goed schaalt met toenemend elektrisch vermogen en gasdebiet, want de beste resultaten werden bekomen bij de hoogste vermogens en debieten. Dit opent bijgevolg mogelijkheden naar industriële opschaling.” Een artikel over stikstoffixatie met plasmatechnologie verscheen in het wetenschapstijdschrift Joule, gericht op onderzoek naar duurzame chemie en energie. ●

________________________________________________ Lees meer over het onderzoek in Antwerpen: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435121004372

Lees meer over het onderzoek in Antwerpen

Lees meer over onderzoek naar andere kataly­satoren voor het Haber-Bosch-proces: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118301752

Het Haber-Bosch-proces
plasmareactorkunstmest