Het Korea Institute of Machinery and Materials (KIMM), een instelling onder de jurisdictie van het ministerie van Wetenschap en ICT, heeft een innovatief proces ontwikkeld dat gebruik maakt van hernieuwbare energie om ammoniak te produceren bij kamertemperatuur en normale druk. Deze technologie zal naar verwachting een enorme bijdrage leveren aan het bereiken van CO2-neutraliteit in de toekomst, door de ontwikkeling van een ammoniakproductieproces dat geen CO2-uitstoot veroorzaakt.

Onder leiding van hoofdonderzoeker Dr. Dae Hoon Lee, het KIMM-onderzoeksteam van de afdeling Plasma Engineering is er in geslaagd een innovatief, koolstof-nul proces voor de productie van ammoniak. Op 5 augustus, zij publiceerden hun onderzoeksresultaten in ACS Energiebrieven .

Het organische proces van het synthetiseren van ammoniak (de Haber-Bosch-methode), ontwikkeld door Fritz Haber en Karl Bosch in 1913, produceert ammoniak voor gebruik als meststof, en wordt beschouwd als een ontdekking die de landbouwproductiviteit sterk verhoogde en als basis diende voor landbouwinnovatie. Onlangs, ammoniak heeft aandacht gekregen als een milieuvriendelijke brandstof zonder CO2-uitstoot. Dit komt doordat ammoniak, dat is een verbinding van stikstof en waterstof, stoot geen kooldioxide uit, zelfs niet bij verbranding.

Echter, om ammoniak te synthetiseren met behulp van de Haber-Bosch-methode, aan hogedruk- en hogetemperatuurvoorwaarden moet worden voldaan, met een druk van minimaal 200 atm en een temperatuur van minimaal 400 graden Celsius. Ook, aangezien fossiele brandstoffen zoals aardgas worden gebruikt om waterstof te produceren, er wordt veel energie verbruikt, wat leidt tot een hoge uitstoot van kooldioxide.

Volgens een 2020-rapport van de Royal Society, de Haber-Bosch-methode verbruikt ongeveer 1,8% van de energie in de wereld om ammoniak te produceren, en de niveaus van kooldioxide die tijdens dit proces worden uitgestoten, zijn goed voor 1,8% van de totale CO2-uitstoot in de wereld.

Het door het KIMM-onderzoeksteam ontwikkelde proces voor het produceren van ammoniak omvat het combineren van water met stikstofplasma, waardoor waterstof en stikstofoxiden ontstaan. Deze resulterende oxiden worden met katalysatoren gereduceerd tot ammoniak. Meer dan 99% van de stikstofoxiden die door deze plasmareactie worden geproduceerd, worden stikstofmonoxide, die gemakkelijk kan worden gereduceerd tot ammoniak. Het nitromonoxide reageert vervolgens op de mede geproduceerde waterstof om ammoniak te produceren met een hoge selectiviteit van meer dan 95%, en de tijdens het plasma-ontledingsproces gegenereerde warmte wordt gebruikt voor het katalytische syntheseproces.

Aangezien dit proces geen fossiele brandstoffen gebruikt en een technologie is die 'groene ammoniak' kan produceren zonder uitstoot van kooldioxide, het kan een opbrengst behalen die 300 tot 400 keer groter is dan die van bestaande elektrochemische ammoniakproductietechnologieën, die worden beschouwd als de belangrijkste alternatieven voor de Haber-Bosch-methode.

In aanvulling, dit proces is relatief eenvoudig op grote schaal uit te breiden door middel van een modulair systeem doordat de reactie met het water en stikstof bij kamertemperatuur/drukconditie plaatsvindt, in tegenstelling tot de hoge temperatuur/druk voorwaarden waaraan moet worden voldaan voor bestaande methoden van ammoniakproductie. Verder, een waterige oplossing van nitraat, een bijproduct dat ontstaat als gevolg van het ammoniakproductieproces, kan worden gebruikt als voedingsoplossing voor de landbouw en als oxidatiemiddel.

In de toekomst, het KIMM-onderzoeksteam hoopt de kosten en efficiëntie van de ammoniakproductie te verbeteren door opschalings- en commercialiseringstechnologie te ontwikkelen. Het team wil ook samenwerken met binnen- en buitenlandse technische bedrijven om hun inspanningen uit te breiden naar ammoniakfabrieken, met name kleine en middelgrote installaties die kunnen werken bij normale druk en kamertemperatuur.

Hoofdonderzoeker Dr. Dae Hoon Lee benadrukte dat hij en zijn team een ​​milieuvriendelijk ammoniakproductieproces hebben ontwikkeld dat kan worden toegepast op daadwerkelijke faciliteiten en, in theorie, stoot geen koolstof uit. Hij verklaarde ook dat hij en zijn team hun best zullen doen om vervolgonderzoek en -ontwikkeling uit te voeren om de wereldwijde koolstofemissies drastisch te verminderen