Rijden op ammoniak als alternatief voor benzine

Share Button

Ammoniak is vooral bekend als het kwalijk riekende goedje dat in water is opgelost in ammonia. Uit onderzoek blijkt nu dat het vrij eenvoudig is te gebruiken als autobrandstof. Bij verbranding komt in theorie alleen stikstofgas en water vrij, dus niet de door klimaatactivisten zo gevreesde CO2. Hoe kansrijk is ammoniak als autobrandstof?

Ammoniak, NH3, ruikt weliswaar niet erg lekker, maar heeft een aantl interessante eigenschappen om als autobrandstof te kunnen worden gebruikt.

Ammoniak, NH3, ruikt weliswaar niet erg lekker, maar heeft een aantl interessante eigenschappen om als autobrandstof te kunnen worden gebruikt.

Wat is ammoniak?
Ammoniak, NH3, bestaat uit een stikstofatoom (N) waaraan drie waterstofatomen (H) zijn verbonden. Ammoniak bestaat uit twee veel voorkomende atoomsoorten: onze atmosfeer bestaat voor viervijfde uit stikstofgas en waterstof zit onder andere in water. Het molecuul heeft een positieve lading aan de kant waar de drie H-atomen zitten en een negatieve lading waar het N-atoom zit. De positieve en negatieve ladingen trekken elkaar aan. Net als water, H2O, heeft ammoniak daarom een voor zo’n klein en licht molecuul hoog kookpunt: 33 graden onder nul. Daarom is het gas makkelijk onder hoge druk als vloeistof op te slaan.

Als ammoniak verbrandt, gaat dat volgens de chemische reactie 4 NH3 + 3 O2 ->2N2 + 6 H2O. Hierbij komt per kilo ammonia 22 megajoule vrij, dat is ongeveer de helft van de meer dan 44 MJ die bij benzineverbranding vrijkomt. Ammonia is dichter dan benzine, dus de energie per liter verschilt minder: 20 MJ versus 31 MJ. Dit is te vergelijken met ethanol (alcohol). Met een iets grotere tank zou je dus ook met ammonia grote afstanden kunnen afleggen.

Nadeel is wel de penetrante geur en overlast voor de omgeving. Juist om die reden worden er aan varkenshouderijen zware eisen aan de maximale ammoniakuitstoot gesteld. Bij zeer hoge concentraties is het gas dodelijk. De veiligheidslimieten voor ammoniak zijn met 50 ppm vergelijkbaar met die voor benzine. Ammoniak is echter niet kankerverwekkend: ons lichaam maakt de stof zelf aan, als afbraakproduct van eiwitten.

Ammoniak ideale vervanger voor benzine?
Volgens John Fleming van SilverEagles Energy in de Texaanse universiteitsstad Lubbock is om deze redenen: schone verbranding, redelijk hoge energiedichtheid en makkelijk als vloeistof op te slaan, ammoniak de logische keus.  De infrastructuur voor benzinetransport hoeft voor ammoniak niet omgebouwd te worden. Fleming en Tim Maxwell van de Texaanse technische universiteit in dezelfde plaats ontwikkelen een systeem dat gebruikt kan worden om ammoniak in vulstations te produceren. Dit gebeurt in twee stappen: in de eerste stap wordt water met elektriciteit gesplitst in waterstof en zuurstof, in de tweede stap wordt er ammoniak van de waterstof gemaakt door stikstof uit de lucht bij te voegen. Dit proces, het Haber-Bosch procédé, is de manier waarop ammoniak voor kunstmest wordt gemaakt en is verantwoordelijk voor 0,75% tot 1% van het totale energieverbruik in de wereld. Hun reactor is veel kleiner en kan ammonia vrij goedkoop maken.

Hun systeem heeft wel wat weg van een motor. In de eerste stap worden waterstof en stikstof snel in een zuiger samengeperst, waardoor de temperatuur oploopt tot vierhonderd graden. Dit hete mengsel wordt in de volgende kamer gelaten met roest als katalysator waardoor de stikstof en waterstof sneller met elkaar reageren tot ammonia. In een derde kamer decomprimeert het mengsel tot kamertemperstuur  en drijft zo de zuiger aan waarmee het gas in de eerste stap wordt samengeperst. Dit bespaart de nodige energie. Uiteindelijk wordt het hele gasmengsel gekoeld tot -75 graden, waardoor de ammonia condenseert en kan worden geoogst.  De onderzoekers claimen dat deze stap voor omgerekend iets meer dan $ 0,20 (15 eurocent) per liter kan plaatsvinden.

Het hele systeem past in een zeecontainer en kan zo naar tankstations worden gereden. Hun installatie kan tussen de 4000 en 40 000 liter vloeibare ammonia per dag produceren. Dat is voldoende voor 100 tot 1000 tankbeurten per dag.

De visie van SilverEagle voor de stikstof-waterstofeconomie. Hun plan: de VS helemaal onafhankelijk maken van buitenlandse energieleveranciers. Klik voor een vergroting.

De visie van SilverEagle voor de stikstof-waterstofeconomie. Hun plan: de VS helemaal onafhankelijk maken van buitenlandse energieleveranciers. Klik voor een vergroting.

Hoe kom je aan de waterstof?
Hete hangijzer is uiteraard de waterstof. Weliswaar komt een beetje energie vrij bij de reactie van waterstof en stikstof tot ammoniak, maar die waterstof moet met heel veel energie gemaakt worden.  Fleming en Maxwell beweren ook dit ‘probleempje’  opgelost te hebben. Standaard elektrolyseapparatuur bestaat uit meer dan honderd twee-voltelementen achter elkaar, m.a.w. in serie. Flemings toestel verlaagt het voltage met een transformator van de Amerikaanse netspanning van 240 volt naar 1,75 volt. Hierdoor volstaan slechts acht cellen, wat uiteraard veel goedkoper is om te fabriceren en te onderhouden. Volgens Fleming kan hij voor $2,80 (plm. 2 euro) per kilo waterstof produceren. Dit is de helft van de normale kosten van elektrolyse.

Bijmengen van ammoniak in benzine kan nu al
De auto’s van nu kunnen al op een mengsel waarin 10% ammonia bij is gemengd rijden volgens Fleming. Flexibele-brandstof voertuigen, die rijden op een mengsel van benzine en ethanol, kunnen zelfs op 85% ammonia rijden. Zulke auto’s hebben geavanceerde elektronica aan boord die aan de hand van metingen aan de brandstof, het gedrag van de motor (ontstekingstijden, hoeveelheid brandstofinspuiting) e.d. aanpassen. Herprogrammeren van deze software is in principe voldoende. Ook moet het voertuig een speciale tank krijgen om de ammonia onder druk in op te kunnen slaan.   Op dit moment werkt het team aan een 100% op ammonia rijdende motor. Deze wekt elektriciteit op uit de beweging van de zuigers, waarmee weer elektromotoren die de wielen aandrijven, worden aangedreven.

Compacte kunstmestfabriek en energieopslag voor ontwikkelingslanden
Of het apparaat een succes gaat worden is onbekend. Wij zien in ieder geval alvast één toepassing: als compacte kunstmestfabriek voor ontwikkelingslanden. In Nepal heb je bergdalen die alleen met een dagenlange voettocht te bereiken zijn. Dit zijn ook gebieden waar veel honger is. Een dergelijke fabriek, aangedreven op zonne-energie of waterkracht, zou wel eens heel wat mensenlevens kunnen redden. Ook is de ammonia uiteraard een bruikbaar opslagmiddel van energie. Daarmee kan je een generator aandrijven in de avonduren.
Misschien een wat nederige toepassing vergeleken met de verstrekkende plannen van de oprichters[2], maar het zou heel interessant kunnen zijn.

Bronnen
Portable ammonia factories could fuel car – New Scientist (2011)
Production of Carbon Free Liquid Fuel and Fertilizer (bedrijfswebsite)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

6 reacties

  1. Lacsap schreef:

    Zolang het maar een brandstof is waar ze aan kunnen bijven verdienen, dan is het (in het) ‘nieuws’..

  2. Picobyte schreef:

    Jammer dat de bij het proces vrijkomende zuurstof niet net zo gemakkelijk getankt kan worden.
    Een motor zou nog meer rendement halen bij verbranding met pure zuurstof ipv omgevingslucht.

  3. Felix Smeets schreef:

    De reacties slaan nergens op, dit moet zo snel mogelijk gerealiseerd worden ,
    hadden we maar betrouwbare politici , dan zorgen ze daar wel voor!

  4. Jan O. schreef:

    Als je dan toch ammoniak in de tank stopt, kun je er net zo goed een brandstofcel mee voeden (ammoniak zuurstofloos verhitten tot het uiteenvalt in H2 en N2). Dan is de verbrandingsmotor passé en heeft de brandstofcel-auto een actieradius en een tanksnelheid die overeenkomt met de auto’s met verbrandingsmotor. Geen ingewikkelde H2 tank (druk, temperatuur) nodig.
    Getallen over de de km/liter heb ik niet paraat, maar zijn het uitzoeken waard.

    PS. als afgestudeerd Technisch Natuurkundige (UT) heb ik bij een producent van brandstofcellen gewerkt

  5. John C schreef:

    Jammer dat de termen ammoniak (NH3 – dat bij kamertemperatuur in de gas-toestand voorkomt) en ammonia (NH4OH – dat bij kamertemperatuur in de vloeibare toestand voorkomt) door elkaar worden gehaald. Dit alles natuurlijk bij atmosferische druk…

    Ps: Ooit mijn basisschool afgemaakt en in een grijsverleden als vulploegmedewerker bij de Edah gewerkt, gespecialiseerd in conserven.

  6. jat schreef:

    Je kan ook olie jatten.dat is ook goedkoop

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger