Australië is sterk afhankelijk van geïmporteerd ureum om aan de behoeften van de landbouwsector te voldoen en zal in 2024 ongeveer 3,8 miljoen ton importeren. Tegelijkertijd wordt het land geconfronteerd met toenemende druk om de industriële emissies in meerdere sectoren te verminderen. Onderzoekers van de Universiteit van New South Wales proberen beide uitdagingen aan te pakken door technologie te ontwikkelen die kooldioxide en stikstofverontreinigende stoffen omzet in ureummeststoffen, waardoor mogelijk een binnenlandse bron van deze essentiële landbouwinput ontstaat en de impact op het milieu wordt verminderd.
Van laboratoriumbank tot industriële schaal
In tegenstelling tot typisch fundamenteel onderzoek dat in de laboratoriumfase wordt afgerond, streeft het UNSW-team actief naar vertaling op industriële-schaal. De onderzoekers gebruiken ureum-elektrolysers, apparaten die worden beschouwd als benchmarks voor schaalbare ureumproductie, om de haalbaarheid te testen van het omzetten van emissies in kunstmest op grotere schaal. Om te begrijpen hoe de materialen zich onder reële- omstandigheden gedragen, gebruikte het team geavanceerde elektronen- karakterisering van de elektronenbundel bij het Australische Synchrotron. Met deze techniek kunnen ze chemische reacties in realtime observeren en kritische gegevens genereren voor toekomstige industriële implementatie.
Dr. Daiyan, de projectleider, benadrukt dat zorgvuldige katalysatortechniek en realtime monitoring essentieel zijn voor het garanderen van selectiviteit en efficiëntie, vooral bij het opschalen van gecontroleerde laboratoriumomstandigheden naar industriële omgevingen.
De ureumafhankelijkheid van Australië aanpakken
Ondanks dat het een belangrijke landbouwexporteur is, produceert Australië in eigen land niet voldoende ureum, waardoor de sector kwetsbaar is voor schommelingen op de mondiale markt. "Deze afhankelijkheid is jammer, maar ook een strategische kwetsbaarheid", zei Dr. Daiyan. Door lokaal schoon ureum te produceren uit hernieuwbare elektriciteit en afvalkoolstof, zou het land de afhankelijkheid van import kunnen verminderen en de veerkracht van de toeleveringsketen kunnen verbeteren. De aanpak sluit ook aan bij het toenemende regelgevende toezicht op emissies, dat zich nu verder uitstrekt dan alleen kooldioxide en ook andere op stikstof-gebaseerde verontreinigende stoffen omvat.
Het onderzoek benadrukt hoe principes van circulaire chemie afvalstromen van cementfabrieken en landbouwresiduen kunnen integreren in de productie van kunstmest, waardoor milieu-uitdagingen worden omgezet in commercieel waardevolle producten.
De aanpak van koolstofafvang en -conversie
In tegenstelling tot directe luchtopvangtechnologieën richt de UNSW-methode zich op het gebruik van onvermijdelijke emissies uit industriële en biogene bronnen. Vroege laboratoriumtests laten veelbelovende resultaten zien op het gebied van selectiviteit, wat erop wijst dat CO₂ uit bestaande industriële activiteiten effectief kan worden omgezet in ureum. Het project is nog in ontwikkeling, maar vertegenwoordigt een praktisch traject voor het omzetten van koolstof- en stikstofverontreinigende stoffen in materialen die nodig zijn in de landbouw, chemicaliën en brandstofproductie.
Dr. Daiyan presenteerde deze bevindingen op de Klimaatconferentie van de Verenigde Naties, waarin hij pleitte voor investeringen in oplossingen voor de circulaire economie. “Er is genoeg koolstofdioxide in omloop. We moeten gewoon gaan nadenken en investeren in een circulaire economie”, zei hij.
Tijdlijn en industriële vooruitzichten
Het opschalen van een laboratoriumproces naar een industriële toepassing duurt doorgaans meer dan tien jaar, maar het UNSW-team streeft ernaar deze tijdlijn te versnellen. Dr. Daiyan schat dat het project binnen twee tot drie jaar een industriële partner zou kunnen vinden om op pilot- schaal te beginnen. Succes zou aantonen dat emissie-{4}}intensieve industrieën waarde kunnen genereren uit hun afvalstromen en tegelijkertijd de milieudoelstellingen kunnen verwezenlijken.
Uiteindelijk illustreert dit onderzoek het potentieel van circulaire chemie om de industriële productie opnieuw vorm te geven. Door afvalkoolstof en stikstof om te zetten in kunstmest zou Australië de binnenlandse toeleveringsketens kunnen versterken, de uitstoot kunnen verminderen en kunnen bijdragen aan een duurzamere chemische sector. Zoals Dr. Daiyan opmerkt: "Doordachte katalysatortechniek in combinatie met real-karakterisering kan milieuproblemen omzetten in kansen."
