En forskergruppe på det amerikanske Stanford University og DTU har tænkt utraditionelt for at finde alternative metoder til fremstilling af ammoniak uden brug af de store mængder energi fra fossile brændstoffer, der anvendes i dag. Det er lykkedes ved at nytænke den elektrokemiske proces. Forskerne arbejder sammen i The VILLUM Center for the Science of Sustainable Fuels and Chemicals.
Ud fra nye teoretiske beregninger har det vist sig, at man burde kunne fremstille ammoniak ved hjælp af elektrokemiske processer. Det har man længe forsøgt ved hjælp af vandige opløsninger, men det resulterede i en meget stor produktion af brint og ganske lidt ammoniak.
– Vi skilte derfor processen op i tre forskellige faser og brugte metallet lithium som basis. I eksperimenter testede vi metoden, der tydeligt demonstrerede, at det er muligt at fremstille ammoniak ved at gennemføre processen i tre faser. Først elektrolyse af lithiumhydroxid til metallisk lithium, herefter direkte reaktion af lithium med kvælstof til lithiumnitrid og til sidst frigivelse af ammoniak, når lithiumnitrid tilsættes vand. Det sikrede en høj effektivitet – hvor hele 88,5 procent af den anvendte strøm blev brugt til produktion af ammoniak, forklarer adjunkt Jakob Kibsgaard, der tidligere har arbejdet på Stanford University, men nu er ansat på DTU.
– De tre faser foregår separat, hvilket naturligvis er uhensigtsmæssigt i forhold til en industriel fremstilling, der helst skal kunne udføres som en kontinuerlig proces med tilsætning af de nødvendige kemikalier i den ene ende og mulighed for at aftappe ammoniak i den anden ende.
Arbejdet med at få skabt en mere kontinuerlig proces, som er mulig at implementere i industrien, fortsætter derfor. Samtidig ser forskerne på, om det er muligt at skabe en lignende proces med andre metaller, der er mere egnede end lithium.
Ammoniak, der primært anvendes til kunstgødning i landbruget, er nødvendig for at sikre mad nok til klodens voksende befolkning. Der fremstilles i dag 150 millioner tons ammoniak på verdensplan årligt – og det kræver mere end 1 procent af hele verdens energiforbrug at kunne gøre dette.