Produktion af gødning er en klimasynder: Nu er 29-årige Suzanne på vej med en løsning
Ammoniak, som bruges i gødning, er ekstremt miljø- og klimabelastende. DTU-forsker vil gøre produktionen bæredygtig med en ‘magisk’ boks.
gødning ammoniak klima miljø dtu produktion forskning klimavenlig grøn innovation opfindelse

Suzanne Zamany Andersen (til højre) og Mattia Saccoccio vil revolutionere produktionen af gødning med en lille sort boks, som skal producere ammoniak direkte hos landmanden. Nu er de i gang med at skalere teknologien op. (Foto: DTU)

Suzanne Zamany Andersen (til højre) og Mattia Saccoccio vil revolutionere produktionen af gødning med en lille sort boks, som skal producere ammoniak direkte hos landmanden. Nu er de i gang med at skalere teknologien op. (Foto: DTU)

For fire år siden begyndte Suzanne Zamany Andersen at arbejde på en idé, der kan gøre landbruget lidt mere bæredygtigt.

Siden har hun og kollegerne på DTU Fysik knoklet for at føre idéen ud i livet, og nu er de nået så langt, at de har taget patent på metoden.

»Det er lidt som at lede efter en gylden nål i en kæmpe høstak. Men finder man nålen, kan den være med til at lirke fremtiden for en bæredygtig produktion af ammoniak op,« lyder det fra den 29-årige Suzanne Zamany Andersen. 

Efter flere års intensiv forskning kan hun så småt ane den gyldne nål i høstakken.

sort_boks ammoniak kunstgødning gødning klima grøn omstilling

Forskerne har en ambition om, at boksen skal være så lille, at landmanden får mulighed for på deres egen ejendom at producere bæredygtig ammoniak til gødning, som kan bruges til at få afgrøderne til at vokse hurtigere. Der er blot brug for elektricitet, for eksempel fra en vindmølle eller solfangere, samt brint fra vand og kvælstof fra luften. (Grafik: DTU Fysik)

Sammen med en forskergruppe på DTU Fysik er hun nemlig i fuld gang med at udvikle en metode, der skal gøre produktionen af ammoniak - en central ingrediens i kunstgødning - mere bæredygtig.

I dag foregår produktion af ammoniak på få store anlæg, som sluger store mængder energi og udleder flere millioner ton CO2, der er med til at varme kloden op.

Men står det til Suzanne Zamany Andersen, skal landmanden selv have mulighed for at producere ammoniak på gården med hjælp fra sol- og vindenergi.
 
»Målet er at producere en lille sort boks, som kan sælges til landmænd og gartnerier over hele verden og producere ammoniak direkte på gården,« forklarer Suzanne Zamany Andersen, der i dag er ansat på projektet som postdoc ved DTU Fysik.

»Boksen skal bruge nitrogen fra luften og brint fra vand til at producere ammoniak, og den proces skal så drives af vedvarende energikilder som for eksempel sol og vindenergi, så vi ikke har brug for fossile brændstoffer i produktionen,« fortsætter hun.

En energisluger

Måske sidder du og tænker: Hvorfor dælen skal vi gøre noget ved produktionen af ammoniak?

Det er vigtigt af flere grunde, mener Suzanne Zamany Andersen.

Ammoniak bruges til flere ting


Ammoniak bruges ikke kun til kunstgødning, men er også en energibærer og kan derfor bruges som et alternativ til fossilt brændstof - for eksempel er det en måde at gøre skibsfarten mere grøn.

Forskerne fra DTU Fysik har udelukkende fokus på ammoniak til gødning. Rundt i verden knopskyder flere store industrielle anlæg, som vil drive produktionen af ammoniak med vedvarende energikilder. I Danmark vil flere store virksomheder gå sammen om at lave en grøn ammoniakproduktion i Esbjerg.

Den proces kaldes også power-to-X, og det skal være med til at omdanne blæst til brændstof. Det kan du læse mere om i artiklen: 'Power-to-X' skal forvandle blæsevejr til grønne brændstoffer - og udviklingen har rykket sig markant.
 

For at mætte det stigende antal maver på Jorden skal der dyrkes flere afgrøder. Og for at få afgrøderne til at gro hurtigere, fodrer landbruget dem med gødning. Næsten alle typer kunstgødning indeholder en masse aktiveret nitrogen, der kommer fra ammoniakproduktionen.

»Det er en af betingelserne for vores fødevareproduktion,« som Suzanne Zamany Andersen formulerer det.

Men, indvender hun, produktionen er utrolig energikrævende og langt fra klimavenlig. Ammoniak produceres primært ved den såkaldte Haber-Bosch-proces, som blev opfundet af den tyske kemiker og nobelprismodtager Fritz Haber i starten af det 20. århundrede.

I den proces bliver ammoniak fremstillet under højt tryk ved en kemisk reaktion mellem kvælstof og brint. På nuværende tidspunkt er metan fra naturgas en af de store kilder til brint; problemet er bare, at metan er en potent drivhusgas, der er med til at varme kloden op.
 
Produktionen af ammoniak er i dag toptunet og foregår på enorme anlæg, der årligt smider mere end 184 millioner ton ammoniak ud og står for cirka halvanden procent af alle menneskeskabte CO2-emissioner.

»1-2 procent af verdens samlede energiforbrug går til at producere ammoniak. Den traditionelle ammoniakproduktion kræver i dag højt tryk og høj varme, op til 250 bar og 450 grader, hvilket er utrolig energikrævende,« siger Suzanne Zamany Andersen.

Fordi processen sluger så meget energi, er produktionen af ammoniak samlet på få, store anlæg rundt omkring i verden. Det gør det muligt at lave storproduktion til billigere penge. Og det er den model, som teamet fra DTU Fysik udfordrer.

ammoniak produktion syntese værk co2 kulstof forurening miljø klima kunstgødning gødning

Produktionen af ammoniak til blandt andet gødning foregår på store anlæg, som står for i hvert fald 1,5 procent af verdens udledninger. Haldor Topsøe og Vestas er dog i gang med at bygge anlæg i store skala, som skal drives af grøn strøm, så brintproduktionen bliver grøn. (Foto: Shutterstock)


Forskningen skal skaleres op

Suzanne Zamany Andersen har arbejdet på at udvikle metoden til at lave bæredytig gødning, siden hun startede som ph.d.-studerende på DTU.

Og til trods for, at den unge forsker i starten af sit projekt blev mødt med en vis portion skepsis af omverdenen, fik det hende ikke til at træde på bremsen. Fire års hårdt arbejde kulminerede, da Suzanne Zamany Andersen tidligere i år modtog H. C. Ørsteds forskertalentpris for sin forskning i ammoniak.

Red verden: Stort tema i gang


I en stor serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Du kan debattere løsninger med godt 6.000 andre danskere i Facebook-gruppen Red Verden.

Indtil videre har hun og kollegerne fra DTU Fysik taget to patenter på metoden, som de fortsat arbejder på at gøre så effektiv som mulig i laboratoriet.

Selve hjertet - indmaden - i den sorte boks er en elektrokemisk celle, der skal bruges til at producere den bæredygtige ammoniak. Den er bygget op som en brændselscelle, som man kan placere på rækker i den sorte boks.

Boksen indånder så nitrogen fra luften, der reagerer med brint, så boksen i sidste ender ‘udånder’ ammoniak.

Hvor stor den boks bliver, er forskerne stadig ved at spore sig ind på, men de skyder på 1-2 kubikmeter.

Næste store skridt vil være at skalere processen i laboratoriet op. Og ambitionen er, at den sorte boks kan bruges af landmanden på den enkelte gård og udelukkende producere den mængde ammoniak, som bonden har brug for. 

»Det skal blandt andet skære transporten fra de store anlæg væk, for transporten udgør en betydelig del af prisen for gødningen. Så et oplagt marked for små ammoniakanlæg er landbrug i udviklingslande, hvor dårlig infrastruktur betyder, at det bliver dyrere,« siger Suzanne Zamany Andersen.
 
»Her kan det være oplagt at drive anlægget med eksempelvis solceller,« fortsætter hun.

Samtidig giver det landmanden mulighed for at gøde, når planterne rent faktisk har brug for det og kan nå at optage næringsstofferne.

Hvis der gives mere gødning, end planterne kan optage, vil nogle af næringsstofferne blive i jorden, mens andre risikerer at blive vasket ud. Især kvælstof i form af nitrat udvaskes nemt og kan skade natur og miljø, som vi også har set i danske farvande.

forskning_groen_goedning

Mattia Saccoccio (til venstre) og Suzanne Zamany Andersen (til højre) har udviklet en elektrokemisk celle, der skal bruges til at lave bæredygtig ammoniak. Cellerne skal stables på en række inde i den sorte boks, som inhalerer nitrogen fra luften, der reagerer med brint, så boksen i sidste ender ‘udånder’ ammoniak. (Foto: DTU)

Laver »fremragende forskning«

Adjunkt Emil Drazevic, der ikke har været med til at udvikle metoden, vurderer, at teknologien kan få betydning for »små-skala industrier og nichémarkeder,« siger han til Videnskab.dk.

»Hvis man opfinder sådan en proces, som er energieffektiv, og det er nemt at hive ammoniak ud af den sorte boks, som Suzanne nævner, vil det have en stor betydning for markedet, uddyber adjunkt Emil Drazevic, der til daglig forsker ved Institut for Bio- og Kemiteknologi på Aarhus Universitet.

»Jeg tror, at det er muligt at opfinde sådan en energi-effektiv proces, og at den ville være brugbar på for eksempel 100 hektar bondegårde og Vertical Farming, hvor man fremstiller gødning,« fortsætter Emil Drazevic, der selv forsker i bæredygtige ammoniak-teknologier.

Han uddyber, at Suzanne Zamany Andersens forskning har haft betydning for hele forskningsfeltet omkring produktionen af ammoniak.

»Suzanne, og det hold, hun er en del af, laver fremragende forskning. Hun har især været succesfuld i at arbejde på nogle protokoller, som i dag er meget vigtige i vores forskningsfelt, da det er nemmere at gennemskue falsk-positive resultater.«

Protokollerne indeholder opskrifter på, hvordan man laver forsøg med ammoniak, så man undgår fejlkilder.

Store anlæg skal lave bæredygtig ammoniak

Ammoniak findes overalt i vores omgivelser, også i den luft vi udånder. Det er derfor væsentligt at måle på den rigtige måde i laboratoriet, så forskerne kan være sikre på, at ammoniakken stammer fra eksperimentet og ikke fra luften.

Selve protokollen, som Suzanne Zamany Andersen udviklede, er efterfølgende blevet udgivet i det videnskabelige tidsskrift Nature og bruges i dag af forskere verden over.

Men til trods for de mange roser til forskningen på DTU Fysik, mangler Emil Drazevic stadig at se en løsning, der er energieffektiv og kan fremstille ren ammoniak. Og han har samtidig svært ved at se, at den sorte boks som Suzanne Zamany Andersens hold arbejder med kan konkurrere med de store anlæg:

»I dag kan vi lave grønt ammoniak på en stor skala med en proces, som hedder Haber-Bosch, hvor man kobler det til et vand-elektrolyseanlæg. Haldor Topsøe og Vestas er ved at bygge en fabrik, som skal fremstille 5.000 ton om året udelukkende ved brug af vedvarende energi.«

I Esbjerg har man ligeledes planer om at bygge et anlæg i stor skala, som også er en vej til at nedbringe landbrugets klimaaftryk i Danmark, tilføjer Emil Drazevic.

Skal gerne blive til en virksomhed om to år

Suzanne Zamany Andersen spår heller ikke, at deres boks nødvendigvis kommer til at være en direkte konkurrent til de store ammoniak-anlæg. Men processen skal gøre en forskel for dem, der ikke nødvendigvis har adgang - eller økonomi - til kunstgødning fra de store anlæg.  

Og spoler vi tiden et par år frem, regner Suzanne Zamany Andersen med at stå klar med en virksomhed, der så småt kan begynde at sælge de sorte bokse til landmænd og gartnerier over hele verden.

I første omgang vil forskerne rette blikket mod de gartnerier, som kan være interesseret i at have styr over deres produktion af gødning og mængden af den. Boksen kan nemlig tændes og slukkes.

På den lange bane går forskerne efter, at boksen ender hos afrikanske bønder, så de selv kan producere gødning alt efter behov.   

»Bønder i Sub-Saharisk Afrika betaler langt mere for gødning, end vi gør i Danmark, og de har ikke samme tilgang til gødning, som vi har.«

»Vores langsigtede mål er at få den sorte boks ned til de bønder, så de blot skal sætte en solcelle på toppen. På den måde får landmænd i Afrika mulighed for at hæve høstudbyttet og mætte flere maver.«

Hvis I skal drømme stort - hvad forventer I jer så af projektet?

»Vores drøm og forventning er, at alle landmænd i verden i hvert fald ved, hvad vores produkt er. Det betyder ikke, at alle vil bruge det - men de skal kende det og have muligheden for det. Det er ikke kun i Danmark, men på globalt plan.«

 
Red Verden med Videnskab.dk

I en konstruktiv serie ser Videnskab.dk nærmere på, hvordan mennesket kan redde verden.

Vi tager fat på en lang række emner – fra atomkraft og indsatser for at redde dyrene til, om det giver bedst mening bare at spise mindre kød.

Hvad siger videnskaben? Hvad kan man selv gøre hjemme fra sofaen for at gøre en forskel?

Du kan få mange gode tips og råd i vores Facebook-gruppe, hvor du også kan være med i overvejelser om artikler eller debattere måder at redde verden på.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.