Effektiv plasmaprosess for desentralisert nitrogenoksidproduksjon fra luft

Nitrogen er avgjørende for plantevekst, og essensielt for å opprettholde verdens matproduksjon. Bruk av organisk gjødsel og kunstgjødsel i jordbruket gir store utslipp, tap av næringsstoffer og forurensing. Nitrogenet som tapes er tapt verdi for bonden og forurensing for samfunnet. Kunstgjødsel er i hovedsak produsert med fossil energi, men klimautslippene fra husdyrgjødsla er gjerne en større utslippskilde på et gårdsbruk. N2 Applied sin prosess kan bidra både til å redusere kunstgjødselbehov og til å redusere utslipp fra husdyrgjødsla som uansett oppstår. Gjennom 2021 har vi brukt vår organisk gjødsel med flere grønnsaks og resultatene viser tilsvarende utbytte sammenlignet med vanlig gjødsel. I prosjektet jobbes det med å forbedre prosessen, gjennom å forbedre energieffektiviteten i plasmaen, optimalisere absorbsjon av NOx-lufta og i sum forbedre økonomien. Resultatene så langt viser at prosessen er kommersiell under gitte forutsetninger.

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.