De veehouderij heeft een groot aandeel in de ammoniakemissies in Nederland, Vlaanderen en daarbuiten. Boeren moeten maatregelen nemen om de uitstoot terug te dringen, bijvoorbeeld door het plaatsen van luchtwassers bij stallen. Je kunt ruwweg twee soorten onderscheiden: chemische luchtwassers en biologische luchtwassers. In de chemische variant vang je ammoniak af door de stallucht door een filter te leiden. Hier wordt het gewassen met een waterige oplossing van zwavelzuur, waarbij het zout ammoniumsulfaat ontstaat. Biologische luchtwassers maken gebruik van micro-organismen die ammoniak in nitraat en nitriet omzetten. Beide systemen hebben als nadeel dat ze chemicaliën en veel water verbruiken en ook veel afvalwater produceren.

Op de onderzoeksfaciliteit TRANSfarm van de KU Leuven installeerde het onderzoeksteam van Johan Martens, hoogleraar oppervlaktechemie en katalyse aan de faculteit bio-ingenieurswetenschappen een innovatieve luchtwasser. Dankzij het toepassen van een plasmareactor heb je geen chemicaliën als grondstof nodig en is het waterverbruik tien keer lager dan bij traditionele luchtwassers. Bovendien produceert het systeem ammoniumnitraat, dat je kunt inzetten als meststof.

Lucht en water

De groep van Martens benaderde het ammoniakprobleem op een heel andere manier dan met de huidige luchtwassers gebeurt. De nieuwe installatie gebruikt alleen lucht en water als grondstoffen. En wel op een bijzondere manier, legt hij uit: ‘We passen een plasmareactor toe om buitenlucht in stikstof en NO_x om te zetten. Onder deze omstandigheden ontstaat een hoge concentratie NO_x.’ Dit reageert met water tot salpeterzuur, en in een laatste stap reageert het salpeterzuur met ammoniak tot ammoniumnitraat.

700 biggen

Deze toepassing van plasma komt voort uit de ontwikkelingen van de onderzoeksgroep PLASMANT van de Universiteit Antwerpen onder leiding van Annemie Bogaerts, waarmee de groep van Martens nauw samenwerkt.

In twee jaar tijd schaalden de onderzoekers de omzettingen op, eerst van laboratoriumschaal naar een pilootinstallatie van vijftig liter en vervolgens naar een demonstratiemodel van vijfduizend liter, vertelt Martens. Nu verwerkt de installatie de stallucht van de zevenhonderd biggen die bij TRANSfarm zijn ondergebracht. ‘De luchtwasser is geschikt om duizenden liters lucht te behandelen.’

Martens wijst op het feit dat de plasmareactor op zonne-energie draait. ‘Je kunt de installatie daarom afstemmen op de beschikbaarheid van de groene stroom. Is er overdag veel zonne-energie beschikbaar, dan kun je de plasmareactor laten draaien om salpeterzuur te produceren. Dit kun je dan tijdelijk opslaan.’ Op deze manier wordt een overschot aan groene stroom als chemische stof opgeslagen en kan dit systeem ook dienen als buffer om het elektriciteitsnet te stabiliseren. ‘Op dagen waarop de zon minder schijnt kun je het salpeterzuur dan inzetten om de ammoniak toch uit de stallucht te verwijderen zonder dat je extra energie hoeft toe te voegen.’

Meststof

Het maken van ammoniumnitraat heeft een groot voordeel ten opzichte van ammoniumsulfaat dat in conventionele luchtwassers wordt gevormd, vertelt Martens. ‘Ammoniumnitraat is een interessante meststof. Het heeft stikstof in de vorm van zowel ammoniak als nitraat. Beide vormen zijn nuttig voor de groei van planten. Ammoniumsulfaat heeft enkel stikstof in de vorm van de afgevangen ammoniak en planten hebben niet zo’n behoefte aan zwavel. Door ammoniak uit de stallucht om te vormen tot een meststof, creëren we een circulaire stikstofeconomie.’

Een ander voordeel is dat ammoniumnitraat beter oplosbaar is in water. ‘Ammoniumsulfaat vormt al bij een lage concentratie kristallen’, legt Martens uit. ‘Dat betekent dat je veel meer spuiwater nodig hebt om het af te voeren. Onze uitstroom bestaat voor vijftig procent uit ammoniumnitraat.’ De nieuwe installatie verbruikt volgens Martens in totaal tot wel tien keer minder water ten opzichte van huidige luchtwassers. ‘Met deze reactor kunnen we het water recirculeren, terwijl in normale luchtwassers veel water verdampt.’

Spin-off

De groep van Martens wil de technologie via een spin-offbedrijf breed op de markt beschikbaar maken. Het komende jaar gaan de onderzoekers proefdraaien met de installaties bij boerenbedrijven. ‘Hier gaan we praktijkdata verzamelen over de performantie en het water- en energieverbruik.’ Een volgende stap is het aanpakken van het ‘geurprobleem’ van veestallen. De typische stallucht wordt meestal veroorzaakt door bepaalde zuren en vluchtige organische componenten. ‘We werken nu aan een extra module die ook de geurstoffen uit de lucht kan verwijderen’, besluit Martens.