OLAH & PRAKASH KOMMER ATT FÖRÄNDRA VÄRLDEN

Figuren visar hur koldioxiden går runt i en metanolekonomi. Källa: Olah et al, 2009, Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy

Figuren visar hur koldioxiden går runt i en metanolekonomi.
Källa: Olah et al, 2009, Beyond Oil and Gas:
The Methanol Economy

För hundra år sedan hade den ändliga resursen Chilesalpeter tagit slut. Dess framställning byggde på guano. Det var en gång enorma anhopningar av fågelträck. Guanon hade ansamlats på ett ställe vid den chilenska kusten under århundradens gång tack vare speciella regnfria väderförhållanden just där. Det var samtidigt sällsynt gynnsamt för sjöfågel genom den rikliga tillgången på kustnära fiskstim.

Närmast föregående blogg-inlägg av Bengt Lindhé beskriver hur Haber&Bosch räddade världen från kvävebrist i livsmedelsproduktionen, när denna av naturen skapade kväverika deponi förbrukats och tagit slut.

Haber&Bosch är enkel kemi: Grundelementen kväve och väte förenas till ammoniak enligt:

N₂ + 3H₂ ---> 2NH₃
Kväve  Väte          Ammoniak

Rätt utnyttjad kan ammoniak eller dess derivat i form av andra kvävegödselmedel öka avkastningen i jord- och skogsbruk utan nackdel för miljön, genom att gasen kväve efter sitt kretslopp åter hamnar i atmosfären.

Parallellen till dagens energikris är slående. Alla börjar inse, att vår fossildrivna ekonomi passerat kulmen. Kol, olja och naturgas är också av naturen skapade energirika deponier, som är ändliga. Dessutom tillkommer att vår hejdlösa förbrukning av dem lett till klimatkris också. Den koldioxid som blir följden när de förbränns är den viktigaste växthusgasen. Det är den som främst bidrar till

jordens temperaturstegring, som leder till klimatförändring. Problemets lösning är att låta koldioxiden gå runt i kretslopp mellan atmosfär och bränsle liksom kvävet mellan atmosfär och växtnäring. Grundämnena kol och kväve ligger bredvid varandra i periodiska systemet. Kol har till och med en isotop med samma atomvikt 14, som kväve. Metanolsyntesen av koldioxid och väte är snarlik ammoniaksyntesen av kväve och väte:

CO₂ + 3H₂ ---> CH₃OH + H₂O

Koldioxid    Väte                    Metanol             Vatten

Liksom kvävekretsloppet mellan atmosfär och biomassa kan alltså kolatomerna gå i ett kolkretslopp mellan atmosfär och metanol. Av metanol kan kemisk industri göra alla de kolväten (plaster, färger, hygienartiklar etc) som vi hittills fått från fossilen, förutom att metanol i sig är ett utmärkt bränsle och drivmedel. Fäder till ett sådant kolkretslopp är Olah&Prakash.

George Olah fick nobelpris i kemi 1994 för en helt annan sak. Men i sin nobelföreläsning nämnde han sin vision om CO₂ recycling. Han och hans medhjälpare, främst Surya Prakash har sedan dess arbetat hårt på detta koncept, som nu är verklighet genom att en kommersiell fabrik sedan ett par år är igång på Island. I år har en rad efterföljare på samma grundkoncept kommit igång, att infånga koldioxid från luften och använda den som råvara till metanol och dess derivat av kolväteprodukter.

J-G Hemming

HABER-BOSCH FÖRÄNDRADE VÄRLDEN

Sourced from Fertilizers, Climate Change and Enhancing 

Agricultural Productivity Sustainably, IFA 2009 (www.fertilizer.org.au)

I efterdyningarna till diskussionen i TV och tidningar kring boken ”Den ekologiska drömmen – myter och sanningar om ekologisk odling” av SLU-forskarna Kirchmann, Bergström, Kätterer och Andersson hamnade helt plötsligt en artikel från 2008 framför mina ögon som hade titeln ”How a century of ammonia synthesis changed the world.” Artikeln var i sin tur en sammanfattning av en artikel i Nature Geoscience med samma titel. Den belyser på sitt sätt orimligheten i den ekologiska odlingens grundtes att avstå från konstgödning i livsmedelsproduktionen.

Haber var en tysk kemist som 1908 fick patent på en metod att framställa ammoniak från luftens kväve som utgör 78 % av atmosfären. För sin bedrift fick han Nobelpriset i kemi 1918. Carl Bosch utvecklade senare metoden i industriell skala och för det fick han samma pris 1931. De första tillämpningarna var inte bara fredliga. Av ammoniak kan man tillverka nitroglycerin och andra sprängmedel som den tyska armen använde flitigt i första världskriget. Upptäckten fördröjde därför de allierades seger över Tyskland i det kriget.

 Sammanlagt räknar man med att sprängmedelstillverkningen ledde till 100 – 150 miljoner döda i olika krig under 1900-talet.

Det positiva är att Haber-Bosch-metoden möjliggjorde industriell tillverkning av kvävegödning för jordbruket. Tack vare detta har antalet människor som kan leva på ett hektar åkermark ökat från 1,9 till 4,3 personer under perioden 1908 till 2008. Bortåt hälften av skördeökningarna under denna tid kan tillskrivas kvävegödslingen. I dagsläget är det i runda tal hälften av jordens befolkning som lever tack vare Haber-Boschs kväve. Världens behov av kvävegödning uppgår till 100 miljoner ton per år. I Europa och USA har vi sett en lyxbetonad utveckling mot en ökad köttproduktion tack vare tillgången till kvävegödselmedel. Andra delar av världen har inte hängt med i den utvecklingen. Enligt FAO lider än i dag 850 miljoner människor av undernäring. 

Bioenergi och biodrivmedel står för 10 procent av det globala energibehovet. I en framtid med en nödvändig reduktion av koldioxidutsläpp kommer kvävegödslingen att spela en stor roll om volymen av bioenergi och biodrivmedel skall öka i omfång.

En nackdel i vår nuvarande kväveanvändning är bieffekterna av det kväve som inte i slutändan resulterar i livsmedel och större grödor. Av de ovan nämnda 100 miljonerna ton kväve är det bara 17 miljoner som återfinns i produkterna. Av mellanskillnaden går hälften till atmosfäriskt kväve vilket i sig är harmlöst bortsett från den energi som förslösats i onödan vid dess framställning. Den återstående hälften passerar luft, mark och vatten innan det till slut åter blir atmosfäriskt kväve. Under den resans gång kan kvävet ha många effekter som vi inte har en fullständig bild av. Helt uppenbart måste vi arbeta för att reducera dessa mängder. Emissioner av kväveoxid och ammoniak till atmosfären har femfaldigats jämfört med tiden före industrialiseringen. Mycket av det reaktiva kvävet lagras i kvävebegränsade ekosystem och leder till oavsedd gödning och förlust av biologisk mångfald. Kväve som följer med vattnet ut i havet bidrar till algblomning och miljöförstöring av vattnet.

En positiv effekt av överskottskvävet är ökad tillväxt i skogarna vilket i sin tur reducerar koldioxidutsläppen.

En sannolik framtida utveckling av jordens befolkning är en tillväxt till 9 miljarder för att sedan stanna där. Potentialen för att öka arealavkastningen av livsmedel är stor och den kan hålla samma hastighet som folkökningen som innebär att den odlingsbara ytan inte behöver öka. Man räknar också med en effektivisering av kväveanvändningen vilket reducerar behovet av en produktionsökning. En faktor som verkar i motsatt riktning är att en ökad rättvisa på jorden kommer att resultera i en ökad köttproduktion. Om efterfrågan på bioenergi ökar kan det resultera i ett årligt behov av 200 miljoner ton kväve per år mot dagens 100.

Livsmedel och militär säkerhet var drivkrafterna bakom Habers uppfinning. För oss är en oförstörd miljö den främsta drivkraften. Framtida mål är att öka effektiviteten i kvävetillverkningen, reducera behovet av kväveintensiva biodrivmedel och tillverka proteiner och aminosyrer med ökad effektivitet jämfört med traditionella produktionsmetoder.

Artikeln slutar med en fråga. Om vi om hundra år blickar tillbaka, kommer vi då att hitta något patent som påverkat världen på samma sätt som Habers gjorde under sina första 100 år.

Bengt Lindhé

_________________________________________________

Bengt Lindhé

Kvarnliden 5

532 31  SKARA

0511-166 80

www.bengtlindhe.se