100 jaar ammoniaksynthese: hoe een enkel patent de wereld veranderde

Dankzij het Haber-Bosch proces voor de synthese van ammoniak uit atmosferisch stikstof zijn miljarden mensen gevoed, miljoenen gestorven in gewapende conflicten en is een stroom van veranderingen in het milieu op gang gekomen. Dit concluderen wetenschappers van vier gerenommeerde onderzoekscentra op het gebied van milieuonderzoek in een zojuist verschenen artikel in Nature Geoscience. Het artikel verschijnt 100 jaar nadat Fritz Haber de ‘synthese van ammoniak uit de elementen’ patenteerde, waarvoor hij in 1918 de Nobelprijs voor Scheikunde ontving.

Hoofdauteur Jan Willem Erisman van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) verklaart: “De groeiende vraag naar voedsel en biobrandstoffen dagen velen uit tot een efficiënter gebruik van kunstmest en duurzame energie. Haber-Bosch is misschien wel de belangrijkste uitvinding van de twintigste eeuw, maar het heeft veel neveneffecten. Nu hebben we behoefte aan een nieuwe uitvinding die de wereld evenzeer verandert, zonder de milieuconsequenties.”

Het artikel beschrijft dat de wereld waarin we nu leven is gevormd door, en sterk afhankelijk is van, Haber–Bosch stikstof. Deze extra stikstof maakte grootschalige productie van explosieven mogelijk, met als gevolg miljoenen slachtoffers. Aan de andere kant creëerde het een reusachtige chemische industrie die de maatschappij grondstoffen en goederen leverde. Het meeste effect had echter de grootschalige productie van kunstmest, die door verhoogde voedselproductie bijna de halve wereld bevolking helpt voeden.

Tegenover de enorme voordelen die het gebruik van stikstof als kunstmest heeft, staan de vele neveneffecten van kunstmest die in het milieu terechtkomt, zoals verminderde biodiversiteit en algenplagen in zee. Stikstofverbindingen bedreigen de kwaliteit van het drinkwater en dragen bij aan luchtvervuiling en klimaatverandering. Hiermee wordt de kwaliteit van leven en de gezondheid van grote delen van de wereldbevolking bedreigd.

Toekomstscenario’s
Toekomstscenario’s suggereren dat deze problemen extremer worden als gevolg van een verdubbeling van het gebruik van kunstmest in de komende eeuw. De noodzaak hiervan wordt deels veroorzaakt door de groeiende behoefte aan ‘stikstofverslindende’ biobrandstoffen. Deze milieu-uitdagingen benadrukken de noodzaak van een nieuwe uitvinding, even invloedrijk als het Haber-Bosch proces, die zowel voor maatschappij als milieu voordelen heeft.

In het artikel stellen de auteurs vast dat de huidige maatschappij afhankelijk is van een stikstofgebaseerde economie. Zij bespreken enkele van de uitdagingen die deze afhankelijkheid de komende 100 jaar waarschijnlijk met zich mee zal brengen.

De wereldwijde stikstofbelasting is een onderwerp dat zeker meer aandacht zal krijgen in de toekomst. De Europese Commissie financiert bijvoorbeeld het NitroEurope project, een consortium van meer dan 60 onderzoeksinstituten die de effecten van reactieve stikstof op het broeikaseffect onderzoeken. De resultaten zullen worden gebruikt in de ‘Task Force on Reactive Nitrogen’, die onlangs door de Europese Economische Commissie van Europa is opgericht.

Mondiaal probleem
Mark Sutton van het Engelse Centre for Ecology & Hydrology, een van de twee voorzitters van de VN Taskforce en één van de auteurs van het artikel, stelt: “Het is opmerkelijk hoe een eeuw van Haber-Bosch stikstof onze levens heeft veranderd. Zonder dat zou de helft van ons nu misschien niet in leven zijn. Tegelijkertijd is het effect van stilstof op het milieu een mondiaal probleem. Om het effect te verminderen, moeten we stikstof efficiënter gaan gebruiken, vooral in de voedselproductie.”

Het onderzoeksprogramma van Erisman en zijn collega’s bij ECN benadrukt de rol van bioenergie in de stikstofcyclus. ECN ontwikkelt tweede generatie technologie voor bioenergie en biobrandstoffen die het gebruik van kunstmest in de toekomst helpen terugdringen.

Nature Geoscience: How a century of ammonia synthesis changed the world
DOI: 10.1038/ngeo325

Auteurs
Jan Willem Erisman is unitmanager Biomassa, Kolen en Milieuonderzoek (BKM) van het Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) te Petten.

Co-auteurs van het artikel zijn:
Mark A. Sutton, Centre for Ecology & Hydrology, Edinburgh Research Station, Bush Estate, Penicuik, Midlothian, EH26 0QB, UK
James Galloway, Environmental Sciences, University of Virginia, P.O. Box 400123, 291 McCormick Rd, Charlottesville, VA  22904, USA
Zbigniew Klimont, International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Schlossplatz 1, A-2361 Laxenburg, Austria
Wilfried Winiwarter, International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA), Schlossplatz 1, A-2361 Laxenburg, Austria and Austrian Research Centers, Donau-City Str. 1, A-1220 Vienna, Austria

Voor meer informatie
Jan Willem Erisman (Energy Research Centre of the Netherlands, Petten, Netherlands)
T: +31 224 56 4155 E: erisman@remove-this-part-ecn.nl 
Kate Groves, Centre for Ecology & Hydrology, T: +44(0)7920 727 653
E: groves@remove-this-part-ceh.ac.uk

---