Líf og starf 02. júlí 2019

Ný íslensk uppfinning við framleiðslu á ammoníaki vekur athygli úti í heimi

Hörður Kristjánsson
Íslenska sprotafyrirtækið Atmonia hlaut í maí síðastliðnum alþjóðleg verðlaun frá Iðnþróunarstofnun Sameinuðu þjóðanna [United Nations Industrial Development Organization – UNIDO] í flokki fyrirtækja með konur í fararbroddi. Voru 440 verkefni frá 100 þjóðlöndum tilnefnd og fá sjö þeirra viðurkenningu af ýmsu tagi. 
 
Guðbjörg Rist Jónsdóttir rekstrarstjóri segir þessi verðlaun fela í sér mikinn heiður fyrir Atmonia og sé staðfesting á mikilvægi vörunnar og gildi nýjungarinnar á heimsvísu. Það er búnaður sem framleiðir ammoníak úr vatni, rafmagni og lofti við herbergishita. Það snertir líka heimsmarkmið Sameinuðu þjóðanna þar sem 1% af CO2 losun í dag kemur frá því að búa til köfnunarefnisáburð. Með aðferð Atmonia við framleiðsluna verður engin losun á koltvísýringi og auk þess er hægt að draga umtalsvert úr losun við dreifingu á áburði. 
 
Ferlið við að búa til áburðinn heima á býli getur einnig lækkað kostnað við köfnunarefnisáburð í sumum tilfellum um nærri 50%.  Sérstaklega þar sem raforkuverð er lágt. Þá dregur það úr losun CO2 vegna flutninga utan úr heimi og á milli landshluta. 
 
Verðlaunin munu að mati Guðbjargar hjálpa þessu litla sprotafyrirtæki frá Íslandi til að komast í sviðsljósið á alþjóðlega vísu. Verðlaununum fylgir aðgangur að sérfræðingum á sviði land­búnaðartækni á heimsvísu sem og aðgangur að 70 hektara tilraunagarði á vegum Future Food Institute á Ítalíu. 
 
Þau eru núna í sumar að vinna að frumgerð búnaðar sem á að fara í almenna dreifingu svo hver bóndi geti keypt hann og búið til köfnunarefnisáburð heima á búinu hjá sér.
 
Fimm manna teymi
 
Að Atmonia standa Arnar Svein­björnsson tæknistjóri, Helga Dögg Flosadóttir framkvæmdastjóri, Magnús Már Guðnason verk­fræðingur og Guðbjörg Rist, sem er rekstrarstjóri. Þá stjórnar Egill Skúlason, prófessor við Háskóla Íslands, rannsóknum hópsins. Með þeim að rannsóknum starfar um þessar mundir doktorsnemi, sumarnemar, auk eins fyrrverandi doktorsnema. Þá er fyrirtækið í samstarfi við fjölda einstaklinga og fyrirtækja. 
 
Rannsóknarhópurinn hlaut einnig nýlega öndvegisstyrk frá Rannsóknarsjóði Íslands og er stefnt á fyrstu prófanir af frumgerðinni í sumar. Atmonia aflar nú fjármagns til að ljúka við smíði á frumgerð að áburðarframleiðslutæki sínu.
 
Haber-Bosch aðferðin skóp grunn að stóriðnaði
 
Aðferð Atmonia við framleiðslu á ammoníaki er sérstök og þar er farið aðrar leiðir en áður hefur verið gert í slíkri framleiðslu. Það voru hins vegar þýsku efnafræðingarnir Fritz Haber og Carl Bosch sem fundu upp Haber-Bosch aðferðina um þarsíðustu aldamót til að gera vinnslu á ammóníaki fýsilega í miklu magni undir miklum þrýstingi úr jarðgasi eða kolum. Fengu þeir nóbelsverðlaun 1918 fyrir þá uppgötvun sína. 
 
Var ammoníak fyrst framleitt í miklu magni með Haber-Bosch aðferðarfræðinni í verksmiðju BASF í Oppau í Þýskalandi árið 1913. Þar voru framleidd um 20 tonn á dag. Kallaði fyrri heimsstyrjöldin síðan á stóraukna framleiðslu á ammoníaki til sprengiefnagerðar. Köfnunarefnisáburður er afleiða af ammóníakframleiðslu líkt og framleiddur var í Gufunesi. Slíkur áburður er ekki bara notaður sem vaxtarhvati fyrir gras og annan gróður, því hann er talsvert notaður sem sprengiefni, m.a. við jarðgangagerð. 
 
Haber-Bosch aðferðarfræðin var síðan þróuð enn frekar upp af iðnaðarefnafræðingnum Carl Bosh til framleiðslu á ammoníaki með miklum hita [400–500°C] og undir miklum þrýstingi [2.200–3.600 psi]. Fékk hann nóbelsverðlaun fyrir þá aðferðarfræði árið 1931 ásamt Friedrich Bergius. 
 
Mynd frá verðlaunaafhendingu UNIDO í Róm. Þarna tekur Guðbjörg við verðlaununum frá Claudiu Laricchia hjá Future Food Institute. Með á myndinni eru Andrea Carapellese og Diana Battaggia sem starfa bæði hjá UNIDO.
 
Íslenska fyrirtækið Atmonia með nýja nálgun
 
Fyrirtækið Atmonia rekur uppruna sinn til rannsókna í efna- og eðlisfræði innan veggja Háskóla Íslands. Þetta er því alíslenskt sprotafyrirtæki sem byggir á byltingarkenndum niðurstöðum úr rannsóknum í rafefnafræði við Háskóla Íslands og Nýsköpunarmiðstöð Íslands. 
 
Félagarnir í Atmonia hafa verið að glíma við aðra nálgun en þýsku efnafræðingarnir og leituðu að efnum sem næðu að mynda ammoíak úr vatni og lofti, en við lágan þrýsting og við herbergishita. Þá þarf ekki að reiða sig á jarðgas eða kol eins og oftast er gert við ammoníaksframleiðslu. Aðferðin er því afar vistvæn ef raforkan sem notuð er fæst úr endurnýjanlegum orkugjöfum. Þá eru félagarnir í Atmonia m.a. að glíma við að ná sem bestri orkunýtni í vinnsluferlinu. 
 
Ammoníak í vatnslausn árangur tilraunar sem gekk upp
 
„Þetta hefur nú tekist,“ segir Guðbjörg Rist. „Nú erum við að smíða frumgerð af tækinu sem byggir á rafgreiningu. Þar sem við þurfum ekki hita né þrýsting, þá getum við framkvæmt þetta í pínulitlum tækjum sem hægt er að koma fyrir á hvaða bóndabæ sem er. Hver bóndi er þá með sitt tæki sem framleiðir ammoníak í vatnslausn með rafgreiningu úr lofti og vatni.“
 
Um hreina snilldaruppfinningu virðist vera að ræða, en þó hægt sé að framleiða ammóníak með einfaldri aðferð að hætti Atmonia, þá þarf samt talsverða raforku við rafgreininguna. Fyrir þá bændur sem hafa kost á að virkja bæjarlækinn væri þetta því kjörið tækifæri. 
 
Leysir af hólmi óvistvæna áburðarframleiðslu
 
Með tækni Atmonia er í raun verið að leggja af aldagamla aðferð við áburðarframleiðslu sem skilur eftir sig tröllaukið vist- og kolefnisspor. Áburður Atmonia er framleiddur í vatnslausn og því er einfalt að skammta áburð með vatnsúðakerfi. Það tryggir betri upptöku næringarefna og minni losun efna í nánasta umhverfi.
 
„Þar sem ammoníakið er alltaf í vatnslausn, þá er auðvelt að stilla styrk efnisins í vatninu eftir því sem hentar hverri ræktun. Það sem við höfum verið að horfa svolítið til í byrjun er tæki sem framleiddi beint inn á úðakerfi sem beitt er á ökrum. Þá er þegar til sérhæfður tækjabúnaður til að úða vatnsleystu ammoníaki á tún. Er slíkt mjög mikið notað í Bandaríkjunum. Þá er því sprautað ofan í jarðveginn,“ segir Guðbjörg.
 
Einnig eru vel þekkt tæki til að dreifa skordýraeitri og gróðureyðingarefnum á akra. Er slíkt víða gert erlendis þó svona búnaður hafi ekki verið notaður á Íslandi í miklum mæli.
Úr stórum verksmiðjum í örframleiðslueiningar
 
Guðbjörg segir að aðferðarfræði Atmonia þyki afar sérstök þar sem ekki þarf að byggja risaverksmiðjur til að gera framleiðsluna hagkvæma. Þess í stað  er hægt að beita litlum tækjum sem koma má fyrir nánast hvar sem er þar sem aðgangur er að nægu rafmagni. Þannig gæti hver bóndi verið með eigin framleiðslu. Fátækir bændur í þróunarlöndum eiga þá líka möguleika á að stunda sína eigin áburðarframleiðslu og verða óháðir aðkeyptum áburði.   
 
„Þegar niðurstöður rannsóknar­hóps sýndu að það var búið að finna efni sem nær að draga nitur úr andrúmsloftinu og nýta það beint við herbergishita, þá var fyrirtækið stofnað 2016. Við erum komin með skráð einkaleyfi á þeim efnum sem notuð eru við framleiðsluna. Það gildir í í Bandaríkjunum, Evrópu, Rússlandi, Kína og á helstu mörkuðum heims.“
 
Með tæki á stærð við þvottavél
 
Tækið sem til þarf er lítið og hentugt og á stærð við þvottavél. Það tekur inn loft, vatn og rafmagn og framleiðir úr því nituráburð fyrir hvern bónda fyrir sig. Þannig getur hver bær haft sína eigin, umhverfisvænu áburðarframleiðslu, sem kemur í stað gríðarlegra flutninga frá stórum og miðlægum áburðarverksmiðjum. 
 
Prófanir gerðar úti á akrinum næsta vor
 
– Hvenær reiknið þið með að vera komin með allan búnað í nothæft form?
„Við búumst við að geta gert tilraunir með þetta við raunaðstæður úti á akri næsta vor 2020. Þá verðum við komin með frumgerðir sem við getum prófað við mismunandi aðstæður. Að öllum líkindum munum við fyrst gera prófanir á Ítalíu þar sem við fengum aðgang að ökrum Future Food Institute í sambandi við verðlaunin  sem við fengum. Þá er verið að skoða hvort við gerum líka prófanir á Íslandi. 
 
Við höfum einnig verið í sambandi við jarðarberjaræktendur og aðra berjaræktendur, því ammoníak hentar mjög vel fyrir ber. Bláber eru sérlega sólgin í ammoníak. 
 
Í framhaldi af prófunum sem fyrirhugaðar eru 2020 gerum við ráð fyrir að gera tilraunir með viðskiptavinum, all frá kúabúum til berjabænda,“ segir Guðbjörg Rist Jónsdóttir.