Effektiv plasmaprosess for desentralisert nitrogenoksidproduksjon fra luft

Nitrogen is essential for plant growth and essential for maintaining world food production. The use of organic fertilisers and artificial fertilisers in agriculture results in large emissions, loss of nutrients and pollution. The nitrogen that is lost can be translated to lost value for the farmer and pollution for society. Artificial fertilisers are mainly produced with fossil energy, but the climate emissions from livestock manure are often a major source of emissions on a farm. N2 Applied's process can contribute both to reducing fertiliser needs and to reducing emissions from livestock manure that occur. During 2021 we have tested our fertiliser with a different variety of vegetables and found similar yield compared to regular fertiliser. The project work has been focused on improving the process, by improving the energy efficiency of the plasma, optimizing the absorption of NOx air and in total improving the economy. The results show the process is commercially feasible under given conditions.

N2 Applied vil lykkes med sin forretningside og vil forbli en lønnsom og voksende bedrift. Verden vil få en ny, økonomisk gunstig og mer klima- og miljøvennlig måte å produsere nitrogengjødsel på. Teknologien vil muliggjøre forbedret lønnsomhet i landbruket der kraftforsyningen ligger til rette: Den krever ikke kontinuerlig krafttilførsel, så lenge prisen ikke er for høy: Teknologien gir en ny mulighet for utnyttelse av "Stranded power". Teknologien vil kunne bidra til utvikling av landbruk i utviklingsland der fornybar kraft kan gjøres tilgjengelig.

Prosjektets overordnede idé er å utvikle en konkurransedyktig, klimavennlig prosess for å fremstille nitrogengjødsel fra luft og dyreekskrement utelukkende ved tilførsel av elektrisk energi. Prosessen er basert på produksjon av nitrogenoksider, ved å lede luft gjennom et elektrisk generert plasma. Nitrogenoksidene absorberes deretter i dyregjødsel. Ammoniakk i dyregjødselen bindes som ammoniumnitritt/nitrat, og gjødselens nitrogeninnhold økes sterkt samtidig som den blir tilnærmet luktfri. Prosessen skalerer godt og er fleksibel mht. drift, slik at den kan utnytte lokalt produsert fornybar energi. For å realisere innovasjonen må energieffektiviteten forbedres. Vi anser at det vil være mulig å komme ned i et energiforbruk på 20 MWh/mtN gjennom å modifisere prosessen, og at det vil muliggjøre kommersialisering. Hovedutfordringen er, gjennom en kombinasjon av grunnleggende kjemisk og fysikalsk forståelse og empirisk testing, å bestemme hvordan prosessen kan gjøres mer energieffektiv. Vi planlegger å gjennomføre det ved å designe en optimal kombinasjon av plasmakarakter (energifordeling mellom frihetsgrader), øvrige prosessbetingelser (trykk, reaktorutforming, strømning) og katalysator. Vår forskning hittil har i stor grad vært basert på en kombinasjon av empirisk utprøving, mekanistisk innsikt fra litteratur og enklere prosesstekniske beregninger. Vi anser at et teknologisk gjennombrudd i tråd med prosjektets hovedmål vil kreve en vidsynt tverrfaglig tilnærmelse med tett vekselvirkning mellom teori, beregninger og eksperiment. Gjennom kombinasjonen av kvantekjemiske og molekyldynamiske simuleringer, prosesstekniske beregninger, katalysatortesting og undersøkelse av nitrogenoksidkjemien i forskjellige typer plasma anser vi det som sannsynlig at vi vil nå målet.