Áburðarframleiðsla á hagkvæman og vistvænan hátt

Á dögunum veitti Rannsókna­sjóður Íslands í umsjón Rannís styrk til verkefnis sem miðar að því að þróa aðferð til að búa til ammóníak fyrir áburðarframleiðslu og þar með leyst iðnaðarferlið af hólmi sem notað er í dag.

 

Verkefnið heitir „Áburður frá lofti og vatni: Frá reikningum til tilrauna“ og verkefnisstjóri þess er Egill Skúlason, dósent við Raunvísindadeild Háskóla Íslands. „Í iðnaði í dag þarf fyrst að búa til vetnisgas sem yfirleitt er búið til úr jarðgasi sem er þverrandi orkulind. Auk þess er sá hluti ferlisins dýrasti hlutinn. 

 

Vetnisgasið er síðan blandað saman við niturgas við mjög háan hita og þrýsting. Þetta leiðir til þess að slíkar verksmiðjur eru aðeins á útvöldum stöðum í heiminum í dag, og því þarf að flytja til ammóníakið eða áburðinn á milli staða, sem eykur kostnað á áburðinum og mengar einnig andrúmsloftið. 

 

Í aðferðinni sem við erum að vinna við að þróa hér verður hægt að búa til ammóníak og eða áburð úr nitri andrúmsloftsins (sem er 78 prósent) og vatni með svokallaðri rafefnafræði. Það yrði því hægt að gera þetta í miklu minni einingum eða verksmiðjum og aðeins stofuhiti og venjulegur loftþrýsingur þarf til hér.

Þess vegna væri mögulegt að vera með slíka áburðarframleiðslu á sama stað og nota þarf áburðinn, til dæmis á bóndabænum. Þá væri hægt annaðhvort að notast við rafmagn eða sólarorku,“ útskýrir Egill.

 

Hugmyndin kemur úr náttúrunni

 

„Ég byrjaði að vinna að þessari hugmynd í meistaranámi mínu við HÍ fyrir rúmum 10 árum en tók síðan nokkurra ára hlé frá því á meðan ég tók doktorsnám við Tækniháskóla Danmerkur, og hélt síðan áfram að vinna að þessu verkefni eftir að ég kom heim og fór að vinna við HÍ.

 

Hugmyndin kemur í rauninni frá náttúrunni, en þar eru bakteríur með svokölluð ensím sem framkvæma svipað efnahvarf við svipaðar aðstæður. Menn hefur lengi dreymt um að læra þetta af náttúrunni og ýmsar rannsóknir tengt þessu eru í gangi erlendis. En hráefnin og aðstæðurnar sem við viljum ná fram hér í þessari aðferð hefur ekki fengið mikinn gaum því þetta hefur þótt frekar vonlaus framkvæmd; því yfirleitt myndast bara vetnisgas í stað ammóníaks í þeim tilraunum sem hafa verið gerðar. Málið er að flest rafskaut sem hafa verið prófuð fyrir þetta mynda miklu frekar vetnisgas en ammóníak en við höfum notast við tölvureikninga til að leita að efnahvötum sem stýra útkomu efnahvarfsins, en við viljum koma í veg fyrir vetnismyndun en auka ammóníaksmyndun. Þannig höfum við náð að hanna efnahvata með tölvureikningum sem gera þetta langþráða efnahvarf mögulegt.“

 

Egill segir að styrkurinn frá Rannís sé góður og kærkominn. „Hann gerir það að verkum að við getum ráðið um sex manns (doktorsnema og sérfræðinga) til að vinna að þessu verkefni í þrjú ár. Þar að auki borgar styrkurinn hluta af launum fyrir sérfræðinga við Nýsköpunarmiðstöð Íslands, sem vinna að þessu verkefni, sem og til að kaupa og viðhalda tækjabúnaði og efnum fyrir þetta verkefni. Sem sagt rekstrarkostnaður en einnig kynningarkostnaður.

 

Til að ná settu markmiði vinnum við bæði að tölvureikningum sem og tilraunavinnu. Tilraunavinnan byggir á því að búa til efnahvatana með nanótækni sem og að framkvæma rafefnafræðilegar tilraunir, en einnig að mæla magnið af ammóníakinu sem framleitt er. Öll þessi vinna er tímafrek og allir þættir verkefnisins þurfa að vinna saman og skiptast á niðurstöðum til að komast áfram að lokalausninni.

 

Ef allt gengur eftir, þá gætum við byrjað á hagnýtingu og prófunum á stærri skala eftir nokkur ár. Þá gætu bændur hér heima, sem og annars staðar í heiminum, framleitt sinn eigin áburð með litlum kostnaði. Efnhvatarnir eru úr ódýrum efnum, tækjabúnaðurinn verður ódýr og hráefnin eru vatn og loft ásamt orkugjöfum eins og rafmagni eða sólarljósi. Landbúnaðurinn gæti þá komist nær því að vera óháður innflutningi á áburði, en það mun auðvitað vera mikilvægast fyrir fátæka bændur í þróunarlöndunum, sem hafa  í dag ekki efni á áburði og eru því þar af leiðandi með litla uppskeru.“