Energi
Blixtliknande plasma för att göra grön ammoniak prisvärd
Vägen till en grön ammoniakekonomi
Ammoniak, eller NH3, har betraktats som en mycket lovande kandidat för att ersätta flytande bränsle tillverkat av olja och andra fossila bränslen. Detta beror på att den tillverkas med en extremt riklig resurs, atmosfärisk kväve (N2), och inte nödvändigtvis kräver olja eller metan för sin produktion.
Eftersom ammoniak är ett viktigt gödningsmedel är dess produktion för närvarande en enorm del av den kemiska industrin, vilket gör den till den näst mest producerade kemikalien i världen.
Ammoniak produceras för närvarande mestadels genom Haber-Bosch‑processen, där kväve kombineras med väte för att producera ammoniak, med hög tryck och hög temperatur, vilket gör processen i grunden energikrävande.
Källa: Angewandte Chemie
Dock påverkar källan till detta väte hur förorenande ammoniakproduktionen kan vara. Idag hämtas det mesta av vätet för ammoniakproduktion från fossila bränslen, gör ammoniak ansvarig för 1,3 % av de globala koldioxidutsläppen.
Idealiskt skulle en ammoniakekonomi förlita sig på så kallad grön ammoniak som genereras från förnybar energi. Detta skiljer den från andra typer av ammoniak:
- Grå/brun ammoniak: producerad från fossila bränslen.
- Blå ammoniak: producerad från fossila bränslen men med koldioxidinfångning.
- Rosa ammoniak (ibland även kallad gul ammoniak): producerad från kärnkraft.
- Turkos ammoniak: producerad från pyrolys av metan. Detta bryter ner metan till väte och fast kol, där vätet senare omvandlas till ammoniak. Det fasta kolet kan lagras eller användas för tillämpningar som kolfibrer.
Så länge ammoniak inte huvudsakligen är grön ammoniak är det snarare meningslöst att använda den för att ersätta fossila bränslen i transport och industri, eftersom det bara flyttar den punkt där fossila bränslen förbrukas.
“Industrins efterfrågan på ammoniak växer bara. Under det senaste decenniet har den globala vetenskapliga gemenskapen, inklusive vårt laboratorium, velat hitta ett mer hållbart sätt att producera ammoniak som inte är beroende av fossila bränslen.
Pr. PJ Cullen – professor vid University of Sydney och Net Zero Institute
Det är därför nya upptäckter som helt förändrar hur ammoniak produceras, bort från den århundradena gamla Haber-Bosch‑processen, kan bli en spelväxlare.
En sådan innovation kan ha gjorts av forskare vid University of Sydney (Australien) och Zhejiang University (Kina), som använder plasma för att producera kväve från luft. De publicerade sina resultat i Angewandte Chemie^1 under titeln “Regulating Multifunctional Oxygen Vacancies for Plasma-Driven Air-to-Ammonia Conversion”.
Varför ammoniak?
Om ammoniak i princip är omvandlat väte, varför inte använda väte direkt?
Skillnaden mot väte är att ammoniak är en mycket större molekyl än H2 och mycket mer stabil. Detta gör transport och lagring mycket enklare. Ammoniak är också nästan 50 % mer energität än flytande väte.
Denna energitäthet och enklare lagring gör ammoniak till en främsta kandidat för användning i transport, särskilt energikrävande långdistansresor som sjöfart, något vi diskuterade i detalj i “Decarbonizing Global Shipping Lanes Through Green Ammonia”.
Det skulle också göra ammoniak till en bra kandidat för lagring i år eller månader, ett länge existerande problem för att balansera energigrids som är beroende av grön energi, där till exempel överskott av solenergi på sommaren eller under veckor med starka vindar används för att producera överskottsammoniak som kan förbrukas under vinter- eller lågvindssäsonger.
Problem med ammoniakproduktion
Så länge ammoniakproduktionen är beroende av Haber-Bosch kan övergången till ett grönare bränsle ta tid.
Huvudorsaken är att produktion av grön vätgas är komplex och dyr, ofta kräver sällsynta metaller som platina, även om detta sannolikt kommer att förändras tack vare framsteg inom nanoteknik, såsom att använda nanorör av nickel istället.
Den andra orsaken är att producera ammoniak med väte innebär att det är en flerstegsprocess, där varje steg kräver kapitalinvesteringar och minskar den totala energiytelsen för hela produktionsprocessen:
- Grön energi måste först produceras med sol-, vind- eller vattenkraftstekniker.
- Den elektriciteten transporteras sedan till en elektrolysator som producerar väte.
- Vätet används sedan för ammoniakproduktion.
| Metod | Energikälla | Viktig fördel | CO₂-utsläpp |
|---|---|---|---|
| Grå/brun ammoniak | Fossila bränslen | Lågt pris, etablerat | Hög |
| Blå ammoniak | Fossila bränslen + CCUS | Lägre utsläpp | Mellan |
| Grön ammoniak | Förnybar energi | Ingen fossil insats | Nästan noll |
| Plasma‑driven ammoniak | Elektricitet (plasma) | Decentraliserad, effektiv | Låg |
Eftersom grön energi generellt är mer intermittent och decentraliserad, skapar detta extra kostnader för att kräva centraliserad produktion av väte och ammoniak.
“För närvarande kräver framställning av ammoniak centraliserad produktion och långdistanstransport av produkten. Vi behöver en lågkostnads, decentraliserad och skalbar ‘grön ammoniak’”
Pr. PJ Cullen – professor vid University of Sydney och Net Zero Institute
Hur icke‑termisk plasma kan revolutionera grön ammoniak
Vad är icke‑termisk plasma?
Andra metoder än Haber-Bosch finns för att producera ammoniak. Den allmänna idén är att använda elektricitet för att oxidera kväve och sedan tillsätta väteatomer (kväve‑reduktionsreaktion – eNRR).
Dock är dessa metoder begränsade av kvävets låga löslighet och oönskade andra reaktioner i vattenhaltiga lösningar. Detta är anledningen till att icke‑termisk plasma (NTP) istället övervägs, eftersom NTP är bättre lämpad för oxidationsreaktioner än kemisk reduktion.
Källa: Angewandte Chemie
Det resulterande nitraten (NO₃⁻) och nitritet (NO₂⁻) har en löslighet i vatten nästan 40 000 gånger högre än N₂.
Dessa metoder är lovande, men kräver att kväve och syre extraheras från luft och renas, vilket ökar kostnaderna.
Det är därför tillvägagångssätt där luft direkt aktiveras för att producera NOx och de resulterande NOx‑intermediärer reduceras till NH₄⁺ via elektrokemisk omvandling är attraktiva.
Koppar‑järn katalysator
Forskarna använde ett nanogrid av koppar (P-Cu), där en syreplasmaatmosfär användes för att skapa defekter (CuOx/Cu) och mycket reaktiva arter såsom O⁻‑joner, O‑atomer och O₃‑molekyler (ozon). Dessa reaktiva syreatomer interagerar med Cu, vilket leder till ytoxidation.
Sedan skapade tillsatsen av järnatomer stabila Fe–O–Cu‑bryggbindningar på ytan.
Källa: Angewandte Chemie
Genom att använda energidispersiv röntgenfluorescensspektroskopi (EDS) kunde forskarna studera de mycket komplexa kristallstrukturer som bildas av denna process. De mycket små stavarna och komplexa strukturerna ökade materialets yta, vilket gjorde det till en bättre katalysator.
Källa: Angewandte Chemie
Elektrokatalys av ammoniak
Fe₂O₃‑NPs/Cu användes som katod för produktion av ammoniak från kväve och vatten, vilket direkt styr både oxidation av kväve och elektrolys av vatten till väte.
Tester visade att införandet av Fe₂O₃ på koppar effektivt förbättrar den elektrokatalytiska aktiviteten.
Källa: Angewandte Chemie
De analyserade i detalj hur ammoniakproduktionen fungerar och bekräftade att det faktiskt är en komplex, flerskikts kemisk reaktion som sker mycket snabbt, där NO₂ omvandlas till NH₃.
Källa: Angewandte Chemie
Viktigare är att reaktionen hade en nästan 100 % faradisk verkningsgrad vid 300 mA, vilket betyder att största delen av den använda elektriciteten omvandlas till kemisk energi, vilket gör den en tiopotens mer effektiv än de flera stegen i klassisk vattens elektrolys (för vätgasproduktion) och därefter kväve‑till‑ammoniak‑omvandling.
“Denna nya metod är en tvåstegsprocess, nämligen kombination av plasma och elektrolys. Vi har redan gjort plasma‑komponenten livskraftig när det gäller energieffektivitet och skalbarhet.”
Pr. PJ Cullen – professor vid University of Sydney och Net Zero Institute
Framåt
Sammanfattningsvis visar denna metod att det finns andra vägar till ammoniakproduktion som helt kan kringgå Haber‑Bosch‑processen, och behovet av att först producera grön väte separat.
Detta representerar också en förbättring jämfört med en tidigare version av denna teknik, som var tvungen att använda en koppar‑palladiumkatalysator istället för järn, där palladium är en dyr metall.
Denna studie fokuserade huvudsakligen på utvecklingen av en effektiv katalysator för oxidation av kväve direkt från ofiltrerad och ren luft.
För att göra den ekonomiskt hållbar måste elektrolyskomponenten som producerar vätgas fortfarande förbättras. Lyckligtvis görs framsteg inom vätgasproduktion med tidigare oanvända katalysatorer eller till och med självoptimerande katalysatorer.
Så sannolikt kommer vi på medellång sikt att se en kombination av olika teknologier i en kommersiell ammoniakproduktionsmaskin, såsom direkt kväveoxidation med plasma med koppar och järn, samt vattenelektrolys med lika billiga metaller.
Dessa enheter kan installeras direkt på platser för produktion av grön energi, och den resulterande ammoniakproduktionen lagras i en relativt billig tank (jämfört med väte), för att transporteras vidare via rörledning, lastbilar eller tankfartyg.
Det kommer sannolikt att vara företag som kan vertikalt integrera grön energiproduktion, ammoniakproduktion och transport av ammoniak som drar mest nytta av sådana konstruktioner.
Ammoniakföretag
Aker Horizons ASA (AKH.OL)
Aker Horizon är ett dotterbolag till Aker‑gruppen som fokuserar på grön energi. Gruppen är ett stort norskt konglomerat med inriktning på förnybar energi samt marina/offshore‑verksamheter.
Källa: Aker
Aker Horizon är holdingbolaget för flera dotterbolag, inklusive grön vätgas, land- och offshore‑vindkraftparker samt solkraftsparker. Detta inkluderar Mainstream Renewable Power, ett energiföretag med 20,4 GW förnybar energi under utveckling i Sydafrika (12,3 GW) och andra länder (Asien, Sydamerika, Europa).
Företaget är särskilt aktivt inom produktion av väte och grön ammoniak, med ett mål att avkarbonisera arktisk sjöfart, samt intresse från datacenter.
Källa: Aker
Aker är inte ett renodlat företag för grön ammoniak men kan hantera hela den vertikala integrationen av grön ammoniak, från offshore‑vindkraftverk till vätgasproduktion (för närvarande) till grön ammoniakproduktion. Företaget arbetar också med projekt som avfall‑till‑energi i Frankrike, ett biomassa‑verk i Tyskland och koldioxidinfångning i Mellanöstern (Saudiarabien och Förenade Arabemiraten).
I maj 2025 har Aker tittat på en omstrukturering på grund av låga priser i den gröna energisektorn, i huvudsak för att återförvärva sina koldioxidinfångningsverksamheter och återintegrera AKH Holding (Mainstream Renewable Power och Narvik‑projektet för grön ammoniak) i Aker Horizon efter en separat börsnotering av en del av dess aktier.
Källa: Aker
Detta gör det till en bra aktie för investerare som söker långsiktig exponering mot den breda gröna energisektorn, med en stark position inom grön ammoniak men även andra gröna energier, samt viss geografisk diversifiering bort från nordamerikanska aktier.
Studie refererad
1. Wanping Xu, Jiaqian Wang, Tianqi Zhang, Jungmi Hong, Qiang Song, Zhongkang Han, Patrick Cullen. (2025) Regulating Multifunctional Oxygen Vacancies for Plasma-Driven Air-to-Ammonia Conversion. Angewandte Chemie. 22 april 2025 https://doi.org/10.1002/anie.202508240
