Ammoníak framleitt úr vatni og lofti með rafmagni

Nýsköpunarfyrirtækið Atmonia náði nýlega mikilvægum áfanga á vegferð sinni að því að þróa tækjabúnað til umhverfisvænnar framleiðslu á köfnunarefnisáburði úr lofti, vatni og rafmagni með rafgreiningu. Í fyrsta skipti hefur nú tekist að framleiða ammoníak á tilraunastofu Atmonia með þessum hætti í nýju kerfi.

Frá 2012 hefur verið unnið að þessu frumkvöðlaverkefni, sem byrjaði sem rannsóknarverkefnisvinna í efnaverkfræði hjá Agli Skúlasyni við Háskóla Íslands áður en Atmonia var stofnað árið 2016.

Hann er nú stjórnarformaður Atmonia.

Vandasamasti hluti þessa metnaðarfulla verkefnis, sem er einstakt á heimsvísu, var þróun á sérstökum „hvata“ sem umbreytir efniviðnum andrúmslofti og vatni yfir í ammoníak – með rafmagni í gegnum rafgreiningu. „Hvötun“ er þá þegar eitthvert efni hraðar efnahvarfi.

Fyrstu niðurstöður Atmonia um slíka efnahvötun birtust fyrst í ritrýndum tímaritum á árinu 2021 og nú hefur hún raungerst í tilraunum. Grunnhugmyndin snýst um að formbreyta niturgasi, sem myndar um 80 prósent af andrúmsloftinu, í fast og nýtanlegt form köfnunarefnis ─ eða ammoníak. Haber–Bosch tæknin hefur verið nýtt til áburðarframleiðslu í gegnum slíkt ferli í langan tíma, meðal annars hér á Íslandi í áburðarverksmiðjunni í Gufunesi, en sú tækni er óumhverfisvæn enda orkufrek og með stórt kolefnisspor. Áburðarframleiðsla Atmonia verður kolefnishlutlaus.

Helga Dögg Flosadóttir, forstjóri Atmonia og einn af stofnendum félagsins, segir að um mjög stóran áfanga sé að ræða. Unnið hafi verið mjög markvisst að honum á undanförnu ári. „Þetta kerfi sem við erum komin með er lítil útgáfa af kerfinu sem við ætlum að skala upp í að lokum. Í sumar, þegar við vorum búin að bæta alla þættina, þá keyrðum við tilraun með samsætumerkingu sem gefur okkur tækifæri til þess að greina muninn á ammóníaki sem verður til við að hvatinn brotnar niður og ammóníaki sem verður til við það að niturgas er klofið. Við viljum auðvitað búa til ammóníak úr niturgasi en ekki úr hvata. Þessi tilraun sýndi fram á að í þessu betrumbætta kerfi erum við að búa til ammóníak úr niturgasi með hvarfgangi sem kallast „Mars-van Krevelen“.

Þessi niðurstaða gerir okkur kleyft að fara á næstu skref, þar sem við fyrst ætlum að besta orkunýtni kerfisins og svo ætlum við að skala upp.

Við sjáum fram á að þurfa um fimm ár til þess að geta framleitt fyrsta kerfið í fullri stærð, en sú stærð ætti að geta framleitt um 150 tonn af ammóníaki á ári.“

Hönnuð fyrir bændasamfélög

Helga útskýrir að til þess að framleiða allan þann köfnunarefnisáburð sem Ísland þarf á að halda, þurfi um 100 gáma af þeirra framtíðar tækjabúnaði. „Þannig getum við tryggt Íslandi áburðaröryggi, betra fæðuöryggi og stöðugt verð á köfnunarefnisáburði,“ segir hún.

Spurð um stærðir á tækjabúnaðinum og hentugar staðsetningar, segir Helga að svo virðist sem hentugast verði að framleiða áburðinn nálægt orkuframleiðslu og losna við kostnaðinn sem fylgi því að kaupa rafmagn frá dreifineti. „Þess vegna verður stærð tækjabúnaðarins örlítið stærri en áður var gert ráð fyrir og hönnuð fyrir bændasamfélag og nærumhverfi en ekki hvern stakan bónda. Þetta voru nauðsynlegar breytingar á viðskiptaáætlun til þess að tryggja lægsta mögulega verð á framleiðslunni, þannig verðum við samkeppnishæf um leið og við mætum á markað ─ og stefnum auðvitað á að skala upp og besta tækjabúnað þannig að framleiðsluverð lækkar.

Einnig gætum við framleitt ammóníak sem rafeldsneyti og þannig tryggt skipaflota Íslands eldsneyti úr íslensku rafmagni, og aukið orkuöryggi landsins.“

Að sögn Helgu er Atmonia í fremstu röð fyrirtækja á heimsvísu í þeirra fagi og þessar niðurstöður styrkja þeirra stöðu enn frekar hvað það varðar.

„Við höfum birt ritrýndar greinar í vísindalegum tímaritum undanfarin ár þegar það á við, en úr þessum tilraunum munum við ekki birta neinar niðurstöður strax því við viljum halda forskoti okkar.

Þó er gaman að minnast á að rétt í þessu var tímarið „Small Methods“ að samþykkja grein frá okkur um svipaðar rannsóknir.“

Helga segir að verkefnið hafi verið styrkt af Horizon Europe (VERGE og FIREFLY), Tækniþróunarsjóði og Rannsóknarsjóði Íslands.