Energie
Bliksemachtige plasma om groene ammoniak betaalbaar te maken
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Het pad naar een groene ammoniak‑economie
Ammoniak, of NH3, wordt beschouwd als een veelbelovende kandidaat om vloeibare brandstof gemaakt van olie en andere fossiele brandstoffen te vervangen. Dit komt doordat het wordt geproduceerd met een uiterst overvloedige hulpbron, atmosferisch stikstof (N2), en niet per se olie of methaan nodig heeft voor de productie.
Aangezien ammoniak een belangrijke meststof is, vormt de productie ervan momenteel een enorm deel van de chemische industrie, waardoor het de op één na meest geproduceerde chemische stof ter wereld is.
Ammoniak wordt momenteel voornamelijk geproduceerd via het Haber‑Bosch‑proces, waarbij stikstof met waterstof wordt gecombineerd om ammoniak te vormen, onder hoge druk en hoge temperaturen, waardoor het van nature energie‑intensief is.
Source: Angewandte Chemie
Echter, de bron van dit waterstof beïnvloedt hoe vervuilend de ammoniakproductie kan zijn. Vandaag wordt het grootste deel van de waterstof voor ammoniakproductie gewonnen uit fossiele brandstoffen, waardoor ammoniak verantwoordelijk is voor 1,3 % van de wereldwijde CO₂‑emissies.
Ideaal zou een ammoniak‑economie steunen op zogenaamd groene ammoniak die wordt opgewekt uit hernieuwbare energie. Dit onderscheidt het van andere soorten ammoniak:
- Grijze/bruin ammoniak: geproduceerd uit fossiele brandstoffen.
- Blauwe ammoniak: geproduceerd uit fossiele brandstoffen maar met koolstofafvang.
- Roze ammoniak (soms ook geel ammoniak genoemd): geproduceerd uit nucleaire energie.
- Turquoise ammoniak: geproduceerd uit de pyrolyse van methaan. Dit breekt methaan af tot waterstof en vaste koolstof, waarbij de waterstof later wordt omgezet in ammoniak. De vaste koolstof kan worden opgeslagen of gebruikt voor toepassingen zoals koolstofvezels.
Zolang ammoniak niet grotendeels groene ammoniak is, is het zinloos om het te gebruiken ter vervanging van fossiele brandstoffen in transport en industrie, omdat het alleen de plaats verschuift waar fossiele brandstoffen worden verbruikt.
“De vraag naar ammoniak in de industrie groeit alleen maar. Het afgelopen decennium wil de wereldwijde wetenschappelijke gemeenschap, inclusief ons laboratorium, een duurzamere manier vinden om ammoniak te produceren die niet afhankelijk is van fossiele brandstoffen.
Pr. PJ Cullen – Professor aan de University of Sydney en het Net Zero Institute
Dit is waarom nieuwe ontdekkingen die de manier waarop ammoniak wordt geproduceerd volledig veranderen, weg van het meer dan een eeuw oude Haber‑Bosch‑proces, een keerpunt kunnen betekenen.
Zo’n innovatie zou wel eens zijn voortgekomen uit onderzoekers van de University of Sydney (Australië) en Zhejiang University (China), die plasma gebruiken om stikstof uit lucht te produceren. Ze publiceerden hun resultaten in Angewandte Chemie1 onder de titel “Regulering van multifunctionele zuurstofvacatures voor plasma‑gedreven lucht‑naar‑ammoniakconversie”.
Waarom ammoniak?
Als ammoniak in wezen getransformeerde waterstof is, waarom dan niet direct waterstof gebruiken?
Het verschil met waterstof is dat ammoniak een veel groter molecuul is dan H2 en veel stabieler. Dit maakt transport en opslag een stuk eenvoudiger. Ammoniak is bovendien bijna 50 % energie‑dichter dan vloeibare waterstof.
Deze energiedichtheid en eenvoudigere opslag maken ammoniak een uitstekende kandidaat voor gebruik in transport, vooral voor energie‑intensieve langeafstandsreizen zoals scheepvaart, iets waar we uitgebreid over spraken in “Decarbonizing Global Shipping Lanes Through Green Ammonia”.
Het zou ammoniak ook een goede kandidaat maken voor opslag over een jaar of een maand, een langdurig probleem voor het balanceren van energienetwerken die afhankelijk zijn van groene energie, waarbij bijvoorbeeld een overschot aan zonne‑energie in de zomer of tijdens weken met veel wind wordt gebruikt om overtollig ammoniak te produceren dat in de winter of tijdens windarme periodes kan worden verbruikt.
Problemen met ammoniakproductie
Zolang de ammoniakproductie afhankelijk blijft van Haber‑Bosch, kan de overgang naar een groenere brandstof tijd kosten.
De belangrijkste reden is dat de productie van groen waterstof complex en duur is, vaak met zeldzame metalen zoals platina, hoewel dit waarschijnlijk zal veranderen dankzij vooruitgang in nanotechnologie, zoals het gebruik van nikkelnanostaven in plaats daarvan.
De andere reden is dat het produceren van ammoniak met waterstof een meerstapsproces is, waarbij elke stap kapitaalinvesteringen vereist en de totale energieopbrengst van het volledige productieproces verlaagt:
- Groene energie moet eerst worden opgewekt met zonne‑, wind‑ of hydro‑technologieën.
- Die elektriciteit wordt vervolgens getransporteerd naar een elektrolyser die waterstof produceert.
- De waterstof wordt daarna gebruikt voor de ammoniakproductie.
| Methode | Energiebron | Belangrijkste voordeel | CO₂‑emissies |
|---|---|---|---|
| Grijze/bruine ammoniak | Fossiele brandstoffen | Lage kosten, gevestigd | Hoog |
| Blauwe ammoniak | Fossiele brandstoffen + CCUS | Lagere emissies | Gemiddeld |
| Groene ammoniak | Hernieuwbare energie | Geen fossiele input | Bijna nul |
| Plasma‑gedreven ammoniak | Elektriciteit (plasma) | Gedecentraliseerd, efficiënt | Laag |
Aangezien groene energie over het algemeen meer intermitterend en gedecentraliseerd is, leidt dit tot extra kosten om gecentraliseerde waterstof‑ en ammoniakproductie te vereisen.
“Momenteel vereist het genereren van ammoniak gecentraliseerde productie en langeafstandstransport van het product. We hebben een goedkope, gedecentraliseerde en schaalbare ‘groene ammoniak’ nodig.”
Pr. PJ Cullen – Professor aan de University of Sydney en het Net Zero Institute
Hoe Niet‑Thermisch Plasma de Groene Ammoniak kan Revolutioneren
Wat is Niet‑Thermisch Plasma?
Er bestaan andere methoden dan Haber‑Bosch om ammoniak te produceren. Het algemene idee is elektriciteit te gebruiken om stikstof te oxideren, en vervolgens waterstofatomen toe te voegen (nitri reducerende reactie – eNRR).
Echter, deze methoden worden beperkt door de lage oplosbaarheid van stikstof en ongewenste nevenreacties in waterige oplossingen. Daarom wordt Niet‑Thermisch Plasma (NTP) in plaats daarvan overwogen, omdat NTP beter geschikt is voor oxidatiereacties dan voor chemische reductie.
Source: Angewandte Chemie
Het resulterende nitraat (NO₃⁻) en nitriet (NO₂⁻) hebben een oplosbaarheid in water die bijna 40.000 × die van N₂ bedraagt.
Deze methoden zijn veelbelovend, maar vereisen dat stikstof en zuurstof uit lucht worden gehaald en gezuiverd, wat de kosten verhoogt.
Daarom zijn benaderingen waarbij lucht direct wordt geactiveerd om NOₓ te produceren en de resulterende NOₓ‑intermediairen via elektrochemische omzetting tot NH₄⁺ worden gereduceerd aantrekkelijk.
Koper‑Ijzer Katalysator
De onderzoekers gebruikten een nanogrid van koper (P‑Cu), waarbij een zuurstof‑plasma‑omgeving werd ingezet om defecten (CuₓO/Cu) en zeer reactieve soorten zoals O⁻‑ionen, O‑atomen en O₃‑moleculen (ozon) te creëren. Deze reactieve zuurstofsoorten reageren met Cu, wat leidt tot oppervlakte‑oxidatie.
Daarna zorgde de toevoeging van ijzeratomen voor stabiele Fe–O–Cu‑brugbindingen op het oppervlak.
Source: Angewandte Chemie
Met behulp van energiedispersieve röntgen‑spectroscopie (EDS) konden de onderzoekers de zeer complexe kristalstructuren bestuderen die door dit proces werden gevormd. De zeer kleine staafjes en complexe structuren vergrootten het oppervlak van het materiaal, waardoor het een betere katalysator werd.
Source: Angewandte Chemie
Elektrocatalyse van Ammoniak
Fe₂O₃ NPs/Cu werd gebruikt als kathode voor de productie van ammoniak uit stikstof en water, waarbij zowel de oxidatie van stikstof als de elektrolyse van water tot waterstof direct werden gecontroleerd.
Tests bewezen dat de introductie van Fe₂O₃ op koper de elektrocatalytische activiteit effectief verbetert.
Source: Angewandte Chemie
Ze analyseerden in detail hoe de ammoniakproductie werkt, en bevestigden dat het eigenlijk een complexe, gelaagde chemische reactie is die zeer snel plaatsvindt, waarbij NO₂ wordt omgezet in NH₃.
Source: Angewandte Chemie
Belangrijker nog, de reactie behaalde een bijna 100 % faradaïsche efficiëntie bij 300 mA, wat betekent dat het grootste deel van de gebruikte elektriciteit wordt omgezet in chemische energie, waardoor het een orde van grootte efficiënter is dan de meerdere stappen van klassieke water‑elektrolyse (voor waterstofproductie) gevolgd door stikstof‑naar‑ammoniakconversie.
“Deze nieuwe aanpak is een tweestapsproces, namelijk het combineren van plasma en elektrolyse. We hebben het plasmacomponent al levensvatbaar gemaakt wat betreft energie‑efficiëntie en schaalbaarheid.”
Pr. PJ Cullen – Professor aan de University of Sydney en het Net Zero Institute
Vooruitkijken
Al met al toont deze methode aan dat er andere routes naar ammoniakproductie bestaan die het Haber‑Bosch‑proces volledig kunnen omzeilen, en de noodzaak om eerst groen waterstof apart te produceren.
Dit vertegenwoordigt ook een verbetering ten opzichte van een eerdere versie van deze technologie, die een koper‑palladiumkatalysator in plaats van ijzer moest gebruiken, waarbij palladium een duur metaal is.
Deze studie richtte zich voornamelijk op de ontwikkeling van een efficiënte katalysator voor de oxidatie van stikstof direct uit ongefilterde en geraffineerde lucht.
Om het economisch levensvatbaar te maken, moet de elektrolyse‑component die waterstof produceert nog worden verbeterd. Gelukkig wordt er vooruitgang geboekt in waterstofproductie met niet‑voorheen gebruikte katalysatoren of zelfs zelf‑optimaliserende katalysatoren.
Daarom zullen we op middellange termijn waarschijnlijk de combinatie van verschillende technologieën zien in een commercieel ammoniakproductiemachine, zoals directe stikstofoxidatie met plasma met behulp van koper & ijzer, en water‑elektrolyse met even goedkope metalen.
Deze eenheden kunnen direct op locaties van groene energieproductie worden geïnstalleerd, en de resulterende ammoniakproductie kan worden opgeslagen in een relatief goedkope tank (vergeleken met waterstof), om vervolgens via pijpleidingen, vrachtwagens of tankers te worden getransporteerd.
Waarschijnlijk zullen bedrijven die in staat zijn om groene energieopwekking, ammoniakproductie en het transport van ammoniak verticaal te integreren, het meest profiteren van dergelijke ontwerpen.
Ammoniakbedrijf
Aker Horizons ASA (AKH.OL)
Aker Horizon is a subsidiary of the Aker group centered around green energy. The group is a large Norwegian conglomerate with a focus on renewables and marine/offshore businesses.
Source: Aker
Aker Horizon is the holding company for several subsidiaries, including green hydrogen, onshore and & offshore wind farms, and solar farms. This includes Mainstream Renewable Power, an utility company with 20.4GW of renewable energy in development in South Africa (12.3GW) and other countries (Asia, South America, Europe).
The company is notably very active in hydrogen and green ammonia generation, with a goal to decarbonize Arctic shipping, as well as interest from data centers.
Source: Aker
Aker is not a purely green ammonia company but can handle the entire vertical integration of green ammonia, from offshore windmills to hydrogen generation (for now) to green ammonia production. It is also working on projects like waste-to-energy in France, a biomass plant in Germany, and carbon capture in the Middle East (Saudi Arabia and the UAE).
In mei 2025 heeft Aker gekeken naar een herstructurering vanwege lage prijzen in de groene energiesector, essentially looking to fully reacquire its carbon capture operations, and the reintegration of AKH Holding (Mainstream Renewable Power, and the Narvik green ammonia projects) into Aker Horizon after a separate listing of some of its shares.
Source: Aker
This makes it a good stock for investors looking for long-term exposure to the green energy sector at large, with a strong positioning on green ammonia, but also other green energies, and some geographical diversification away from North American stocks.
Gerefereerde Studie
1. Wanping Xu, Jiaqian Wang, Tianqi Zhang, Jungmi Hong, Qiang Song, Zhongkang Han, Patrick Cullen. (2025) Regulering van multifunctionele zuurstofvacatures voor plasma‑gedreven lucht‑naar‑ammoniakconversie. Angewandte Chemie. 22 april 2025 https://doi.org/10.1002/anie.202508240
