‘Plasma is een uniek medium, met mogelijkheden die je in de klassieke chemie niet kunt verwezenlijken.’ Dat zei Annemie Bogaerts al in 2019 in C2W in een interview. Ze is expert plasmatechnologie aan de Universiteit Antwerpen en enthousiast voorvechter van de mogelijkheden van plasmatechnologie.

Plasma – ook wel de vierde aggregatietoestand genoemd – is een reactieve mix van losse deeltjes. Om die reactiviteit selectief te kunnen benutten en te kanaliseren, vindt er veel onderzoek plaats, onder meer in de onderzoeksgroep PLASMANT van Bogaerts. De nieuwste ontdekking in haar groep: een plasmareactor op basis van microgolfstraling die stikstof fixeert.

Stikstoffixatie is het proces waarbij niet-reactief moleculair stikstof wordt omgezet naar reactievere stikstofverbindingen, zoals ammoniak, dat essentieel is voor bijvoorbeeld kunstmest. Tot op heden gaat dat via het befaamde Haber-Bosch-proces, dat echter enorm energie-intensief is: maar liefst 3% van het wereldwijde aardgasgebruik komt voor rekening van dit proces. In een tijd waarin de aardgasprijzen tot zorgelijke hoogtes stijgen, is alles welkom dat het verbruik ervan vermindert.

De nieuwe plasmareactor werkt zonder elektroden. Het plasma zelf komt bovendien niet in contact met de wanden, wat de levensduur van de reactor aanzienlijk verlengt en het risico op metaalcontaminatie wegneemt. Dat laatste is onwenselijk uit milieu-oogpunt: je wil geen metaalresten in de kunstmest die een boer over zijn land uitrijdt.

Onderzoeker Sean Kelly, die de reactor ontwikkelde in de groep van Bogaerts, rapporteert in zijn publicatie in Joule, een toonaangevend wetenschappelijk journal voor duurzame chemie, bovendien een recordrendement voor plasmagebaseerde stikstoffixatie uit lucht bij atmosferische druk: 0,77 l/min NO_x (3,8% relatieve conversie) met een energiegebruik van ongeveer 2 MJ/mol.

De experimenten tonen aan dat dit proces zeer goed schaalt met toenemend elektrisch vermogen en gasdebiet, stellen de onderzoekers. Dit opent mogelijkheden naar industriële opschaling van de techniek.