Ammoniak is een brandstof, energiebuffer en waterstofbron. Zowel chemici als pioniers op het gebied van de energietransitie zijn enthousiast, want met groene stroom, water en stikstof is veel meer mogelijk dan de fabricage van kunstmest.

C2Waug_32-33_Ammoniak_EB

Beeld: Curve

Varen op ammoniak in plaats van stookolie, dat lijkt de toekomst voor de zeevaart. Tenminste, als je diverse proeven, onderzoeksinitiatieven en rapporten mag geloven, dan zijn we op weg naar een wereld waarin vrachtschepen varen op het stofje dat de meeste mensen kennen als een scherp ruikend schoonmaakmiddel.

Voor de scheepvaart zijn waterstof, methanol en ammoniak opties voor het vervangen van fossiele brandstoffen. Ammoniak heeft daarbij een paar pluspunten. Het wordt al in de buurt van zeehavens op enorme schaal gesynthetiseerd, opgeslagen en verscheept. Het heeft verder een behoorlijk hoge energiedichtheid, en de opslag vraagt geen ingewikkelde koeling of hogedrukinstallaties.

‘Ammoniak wordt steeds meer gezien als manier om waterstof op te slaan’

‘Het idee om ammoniak als brandstof te gebruiken is natuurlijk al oud, maar de laatste jaren groeit de belangstelling snel’, zegt Fokko Mulder, hoogleraar bij de afdeling Chemical Engineering van de TU Delft. ‘In Brussel reden in de Tweede Wereldoorlog stadsbussen op ammoniak. Maar daarna zijn we het een beetje vergeten. Er waren zorgen over giftigheid, en aangezien we ammoniak maken met waterstof uit methaan, kun je beter direct aardgas in de tank stoppen. Maar omdat we van fossiele koolwaterstoffen af willen en je ammoniak ook zonder aardgas kunt maken, is het weer actueel geworden.’

Aardgasvrije kunstmest

Ammoniak trekt de laatste jaren ook aandacht van chemici en chemiebedrijven die willen vergroenen, want deze simpele stof is met een volume van ruim 235 miljoen ton per jaar de één na belangrijkste anorganische bulkgrondstof. De basis voor ammoniaksynthese is het Haber-Bosch-proces, dat stikstof uit de lucht combineert met waterstof afkomstig uit methaan. Vooral de stoomreforming van methaan bij 800 ̊C vreet energie. De synthese van ammoniak neemt zo 1% van de wereldwijde koolstofdioxide-uitstoot voor zijn rekening.

Een alternatieve bron kan die post flink reduceren: waterstof uit hydrolyse gevoed met elektriciteit van windmolens en zonnecellen. Dat proces wordt al voorzichtig omarmd door enkele kunstmestproducenten, de grootverbruikers van ammoniak. De Noorse multinational YARA ontwikkelt bijvoorbeeld plannen voor groene ammoniakproductie in het Noorse Porsgrunn en het Zeeuwse Sluiskil. Op die laatste locatie moet een elektrolysefabriek van 100 MW verrijzen, gevoed door offshore windenergie. Dat kan 75.000 ton groene ammoniak opleveren, ongeveer 10% van de jaarlijkse productie in Sluiskil.

De groene ammoniakroute kost nog aanmerkelijk meer en daarom hoopt YARA dat de overheid gaat mee-investeren. Belangrijkste obstakel is op dit moment de hoge elektriciteitsprijs en de forse investeringen in de bouw van elektrolyse-installaties, zegt Mulder. ‘Een ander belangrijk punt is de bedrijfstijd van de elektrolyse-installaties. Je wilt eigenlijk alleen waterstof maken als de stroomprijs laag is. Dat betekent dat je de waterstofinstallatie aan en uit wil zetten en dat is technisch niet altijd haalbaar. Het elektrolyseproces moet op een lager pitje doorgaan, ook op de momenten dat stroom duur is.’

Vloeibare batterij

Groene ammoniak wordt tot slot ook gezien als een vloeibare batterij voor groene energie. ‘Ik merk dat ammoniak steeds meer wordt gezien als manier om waterstof op te slaan’, zegt Mulder, die betrokken was bij het ISPT-project Power to Ammonia. ‘De opslag van waterstof vreet energie, omdat je het moet koelen tot -250 ̊C voordat het vloeibaar wordt.’

Zodra we in Nederland veel meer wind- en zonne-energie is een buffer onmisbaar om de surplus tijdens piekdagen op te slaan. De energie kan weer worden vrijgemaakt door ammoniak te kraken en de waterstof te verbranden in een energiecentrale. Vattenfall heeft de opslag van windenergie in ammoniak onderzocht voor de Magnum-centrale in Groningen, maar het ombouwen is vooralsnog niet rendabel.

Mulder: ‘Voor de toekomst zie ik ammoniak wel als het belangrijkste grootschalige opslagmedium. Er bestaan al ammoniaktanks van honderdduizend ton. Daar past tweederde terawattuur aan energie in. Daar kun je even mee vooruit.’