Produktion af gødning er en klimasynder: Nu er 29-årige Suzanne på vej med en løsning

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.

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.

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.

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.

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.

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.«