Zijn we op de goede weg met het klimaatbeleid? Ammoniak – Slot van een serie, zie ook deel 1 en deel 2.

De opinie zoals weergegeven in dit artikel is niet automatisch ook de mening van de redactie. Ook een ingezonden artikel in de Krant van de Aarde? Stuur uw mening naar: redactie@krantvandeaarde.nl

Tekst: A.J. van der Meulen | Beeld: Bigstock

Landurige opslag

Het hele gedoe met de veehouderij is onnodig wanneer de NH3 op de boerderij grondig wordt afgevangen en met een brandstofcel omgezet in  elektriciteit voor eigen gebruik of leveren aan het stroomnet. In dergelijke gevallen moet de oplossing worden gevonden in het ontwikkelen van lokale ammoniak-oogstapparatuur. Omdat het kookpunt van ammoniak bij −33 °C ligt is het niet moeilijk om met vloeibaar ammoniak te werken, hetzij bij lagere temperaturen of wat hogere drukken.

Een ander probleem is de houdbaarheid van energie. Bij houdbaarheid hoort opslag en het liefst voor lange duur. De zinnige mogelijkheden zijn: als warmte en in chemische vorm. De opslag als warmte heeft het voordeel dat het direct vanuit zonne-energie kan worden opgeladen. Het nadeel is dat opslag en transport gepaard gaan het grote verliezen ofwel directe opwarming van de atmosfeer. De elektrische opslag met accu’s is voor korte termijn en kostbaar. De chemische oplossing, bij voorkeur als vloeistof, is de enige methode die geschikt is voor langdurige opslag en eenvoudig transport. De waterstoftransitie is hiervan een voorbeeld.

Waterstof en ammoniak

Bij de keuze welke weg moet worden gekozen wordt uitgegaan van de hoogst mogelijke energiedichtheid. Nu geldt voor gassen dat deze per volume-eenheid een gelijk aantal moleculen bevat en hoe hoger het moleculair gewicht, hoe hoger het kookpunt. Het hoge kookpunt is belangrijk omdat dit bepaalt of je energiedrager eenvoudig in vloeibare vorm kunt krijgen, zonder er teveel moeite voor te moeten doen. Waterstof heeft een heel laag kookpunt en het vloeibaar maken kost heel veel energie voor koeling. Het is echter ook een gevaarlijk gas. Het gas is bij een mengverhouding van 1 op 2 met zuurstof spontaan explosief en is daarom vroeger niet in aanmerking gekomen voor stadsgas.

Voor het transport van waterstof wordt gebruik gemaakt van ammoniak. Hogere moleculairgewichten geven direct grotere moleculen en een hoger kookpunt. Het liefst willen we dan een gas dat bij kamertemperatuur vluchtig is en onder redelijke druk vloeibaar. Voor de koolstoftechnologie komen dan propaan en butaan in beeld, maar ook industriegassen zijn mogelijk zoals acetyleen (C2H2). Hiervoor is, zoals al gezegd, meer energie nodig.

Brandstofcellen en ammoniak

Het transport van waterstof met behulp van ammoniak is zeer interessant. Dit proces maakt gebruik van de stikstoftechnologie. Het verschil met CO2 is dat de gevreesde ammoniak NH3 een energiedrager is en de CO2 een basisbouwsteen en geen energie meer bevat. De ammoniak voor transport van de waterstof moet echter eerst worden geproduceerd met N2 uit de lucht en waterstof, wat veel energie vraagt. De stikstof gaat dan van energie-arm naar energierijk. Je vraagt je dan wel af waarom de ammoniak van de veeteelt niet wordt geoogst gezien de eigenschappen (kookpunt bij −33 °C en niet moeilijk vloeibaar te maken). Een dergelijke apparaat zou de halve stikstofcrisis oplossen, de andere helft is uitstoot van het verkeer.

Dit is echter een fundamenteel ander probleem, omdat deze uitstoot bestaat uit NO en NO2. Dit zijn oxides en derhalve bouwstenen en geen energiedragers. Deze bouwstenen hebben we niet nodig omdat de atmosfeer al zoveel N2 bevat. Het grote voordeel van het gebruik van stikstof-waterstof verbindingen is dat bij het ‘verbranden’ van deze verbindingen het restproduct N2 (80% van de atmosfeer is N2) en water is. Deze lijn van energieopslag is zeer milieuvriendelijk, maar de opslag en transport vragen veel zorg.

De interessante ontwikkeling van de brandstofcellen (zetten brandstof om in elektriciteit) is dat ze ook werken op ammoniak. Deze cellen zijn er van klein tot groot. In Afrika staat een combinatie van brandstofcellen met een vermogen van enkele megawatts voor de energieverzorging van een ziekenhuis. De kleine modellen passen precies in de oplossing voor de veeteelt waar de ammoniak dient als brandstof voor de brandstofcellen en de elektriciteit voor eigen gebruik kan worden toegepast.

Tenslotte

Kort gezegd zijn er 3 fasen: de energierijke houdbare vorm, de elektrische verbruiksfase en de reststoffen. Fase 1 kan zowel in koolwaterstoffen als stikstofwaterstoffen zijn. Fase 2 is wel duidelijk en fase 3 levert ofwel CO2 op of stikstof en water. Dit laatste is eigenlijk wat we graag willen: geen moeilijk afval. Dit leidt tot de conclusie dat we eigenlijk naar een stikstofkringloop moeten in plaats van de huidige koolstofkringloop.

Concluderend zijn er dus twee onderwerpen van het energiebeheer die beide energieneutraal kunnen zijn: de koolstof- en de stikstoflijn.

De koolstoflijn vraagt om afvangen van geproduceerde CO2, wat waarschijnlijk alleen voor grote producenten van CO2 geldt, de CO2 upgraden naar brandstof met groene stroom en is derhalve CO2-neutraal.

De variant met ammoniak hoeft geen stikstofprobleem te zijn omdat de ‘verbranding’ uitsluitend zuivere stikstof en water produceert. Wat als nadeel kan worden gezien zijn de toxicologische eigenschappen. De stikstofoplossing-variant kan in de praktijk wel eens als beste uit de bus komen.

De politieke consequenties van deze benadering zijn gigantisch. Het is moeilijk om toe te geven dat je het niet goed hebt gedaan. Geluisterd naar adviseurs met eenzijdige kennis over de toenmalige situatie, uit een kring van belanghebbenden, maar zonder visie en inventiviteit. In aanzet is dat begrijpelijk en zullen de adviezen goed bedoeld zijn, maar moeten worden gezien in het licht van die tijd. Maar de inzichten en de noodzaak tot maatregelen om de opwarming van de atmosfeer terug te dringen vragen om herbezinning van de standpunten.