Det norske selskapet N2 Applied vil ta opp tråden med Birkelands lysbueteknologi snart 90 år etter at Norsk Hydro la den på hylla.
Men i motsetning til kunstgjødselgigantene er det hverken masseproduksjon eller kunstgjødsel som er målet.
Selskapet vil la store og små bønder bruke en nyutviklet lysbueteknologi til å gjøre naturgjødsel, eller dyremøkk om du vil, mer effektiv, og fjerne problemene forbundet med slik gjødsel.
Til det trenger de lysbuen for å fiksere nitrogen fra luften, fornybar elektrisk kraft, og en gjennomtenkt smart ide.
Lykkes de kan det bli en norsk landbruksrevolusjon både på kostnads- og miljøsiden.
Ideen frem fra glemselen
Neste år er det hundre år siden fysikkgeniet Kristian Birkeland døde.
I 1905 var hans forskning og utvikling av lysbueteknologi grunnlaget for at han og Sam Eyde kunne etablere Norsk Hydro-Elektrisk Kvælstofaktieselskab, eller Norsk Hydro som selskapet ble kjent som.
Birkeland hadde forsket mye på elektriske lysbuer og selskapet brukte hans teknologi til å binde nitrogen og oksygen i to trinn.
Først til NO og så til NO2 som et grunnlag for videre fremstilling av salpetersyre og kalksalpeter - Ca(NO3)2, som ble benyttet til kunstgjødsel.
Problemet med metoden var at den var svært energikrevende, men Eyde sto på og bygde ut vannkraft som det ikke var så mye annen anvendelse for den gangen.
Dette var før folk hadde varmekabler i oppkjørselen på hytta.
Utkonkurrert
Likevel ble metoden utkonkurrert av den tyske Haber-Bosch-metoden, og i 1927 gikk også Norsk Hydro over til denne.
Metoden brakte energiforbruket ned til 35 GJoule/tonn (9,7 kWh/kg) og det var ingen vei utenom.
Siden har kunstgjødsel fra Yara og andre vært produsert med denne metoden, som er helt optimal med naturgass som energikilde.
– Dette er en elegant prosess. Da jeg var forskningssjef i Yara sa jeg at ingen annen prosess kunne konkurrere med denne. Men nå prøver vi likevel, og nok en gang er det lysbuen som står i sentrum. Dette er en slags retur til det vi tror Birkeland visste om hvor lavt energiforbruket kunne bli gjennom lysbuer, men dette er i mindre skala, og veien har vært preget av en lang rekke showstoppere, sier teknologi-sjefen for N2 Applied, Rune Ingels.
Han sier det har vært utviklet svært mye teknologi og forståelse som er relevant for det de gjør, fra eksosrensing i bilindustrien til medisin og NO som radikaler til å drepe bakterier og virus.
Hva visste Birkeland?
Mange tror Birkeland hadde utviklet ideer som kunne redusert energiforbruket til lysbuemetoden dramatisk. Men det får vi aldri vite.
Han døde av en overdose sovemiddel i Tokyo i 1917, og notatene hans, som var sendt med dampskip fra Peking til Norge, forsvant da en tysk ubåt senket skipet.
- Mer om Kristian Birkeland: Dette er mannen som gjorde Norsk Hydro mulig. Han ble nesten glemt etter sin død
På sporet
Selskapet N2 Applied har vært på sporet av lysbuer med lavt energiforbruk i flere år, og nå nærmer de seg en løsning. De har fått hjelp av sjefen i selskapet SBI Production techn. Anlagen Gmbh & Co KG, ingeniør Ferdinand Stempfer.
Han har en bedrift i Østerrike og er ekspert på sveising. Altså lysbuer.
Stempfer leverer også kjernen i anleggene til Norsk Titanium sin plasmateknologi, der de bruker plasma til påleggssveising med titan i en 3D-printer som produserer høykvalitets-titandeler til flyindustrien.
– Lysbuer og plasma er komplekse saker, og vi må ha full kontroll med prosessen både teoretisk og praktisk som dette skal fungere, sier han.
I teorien er det mulig å komme ned fra et energiforbruk som ligger på 450 GJoule/tonn med konvensjonell lysbueteknologi til bare 6,4 GJoule/tonn om all varme i prosessen kan gjenvinnes.
Russiske forskere har bevist at det er mulig å nærme seg 20 GJoule/tonn i energiinput, men det er ikke slike verdier N2 Applied sikter seg inn på.
De vil bruke lysbuer for å produsere NO og la gassen reagere med vann til salpetersyre HNO3.
– Det vi har jobbet med har fungert etter teorien. Prosessen vi kjører i labben i Østerrike ligger nå et sted mellom 100 og 150 GJoule/tonn, men neste år skal vi være under 100, og vi ser at 80 er innen rekkevidde. Men vi tror ikke det er en grense. Om tre år vil vi begynne å nærme oss nivået til Haber-Bosch. Kommer vi dit er forretningsmulighetene fantastiske, men det vil de være lenge før vi kommer så lang ned i energiforbruk, sier Ingels.
Lokal salpeterrevolusjon
Markedet for teknologien til N2 Applied er ikke det store globale, men det lille lokale.
De vil bruke lysbueteknologi for å produsere salpetersyre i landbruket med fornybar strøm fra solceller eller andre kilder.
– Dette kan utløse kombinert miljø- og gjødselrevolusjon i landbruket over hele verden. Spesielt i land hvor bønder ikke har råd til å kjøpe kunstgjødsel. En bonde som kan produsere salpetersyre klarer seg med mye mindre kunstgjødsel. Ved å tilsette syren til naturgjødsel synker pH-en fra lett basisk 8 til en surhetsgrad mellom 4 og 6. Fallet i pH-verdi gjør at det store nitrogentapet i form av avdamping reduseres dramatisk. Dette er en av de største utfordringene i et bærekraftig landbruk i dag. I tillegg hindrer behandlingen utvikling av hydrogensulfid, som er både er skadelig og lukter fælt, sier Ingels.
Sjølberging
Målet til selskapet er å lage små og store anlegg som passer til egenproduksjon på gårder og hjelpe bønder til å bli selvforsørget med gjødsel.
Ingels tror ikke selskaper som Yara vil merke mye til at mange bønder får mye mer ut av naturgjødselen. Forbruket av kunstgjødsel er så stort og så økende at gigantprodusentene vil ha nok å gjøre.
– Det er veksten i markedet vi ønsker å leve av. Den øker med mellom en og tre prosent i året, sier han.
I Europa er man flinke til å utnytte naturgjødselen, langt bedre enn i USA. I verden er det gjennomsnittlige nitrogentapet fra naturgjødsel rundt 30 prosent, men det kan komme opp i 80 prosent.
– I USA har det vært mest fokus på å stoppe lukten, så her tror vi vi kan slå to fluer i en smekk. Både stoppe lukt og hindre det voldsomme nitrogentapet. Amerikanerne bruker gjerne ammoniakk som tilsetning til overrislingsanlegg for å gjødsle jorden. Problemet er at så mye av nitrogenet damper bort. Vi kan lage salpetersyre i stedet, og det vil redusere avdampingen dramatisk, sier Ingels.
- Ny norsk ultralyd: Som å «åpne brystkassen og se rett inn på hjertet»
Miljøeffekt
Selskapet har beregnet at for hvert tonn nitrogen de produserer gjennom salpetersyre til gjødsel synker CO2-utslippet fra landbruket med 11 tonn sammenliknet med bruk av kunstgjødsel.
– Mye av effekten kommer fordi vi bruker grønn fornybar kraft. Det kan ikke de som produserer kunstgjødsel gjøre, fordi de er avhengig av å benytte metangass i produksjonen. Det viktigste bidraget i miljøsammenheng er reduksjonen av miljøproblemer knyttet til den tapte ammoniakkgassen. Den bidrar til dårligere luftkvalitet, forsuring og produserer relativt store mengder lystgass når den regner ned og gjødsler skog og vann til liten nytte. Det er mye snakk om at jordbruk belaster klimaet. Dette kan bli et virkemiddel til å reversere den negative utviklingen, sier han.
IP
N2 Applied har ikke tenkt å bygge opp egen produksjon. Tar dette av kan det bli stort over hele verden. De ønsker i stedet å bli et teknologiselskap som videreutvikler og lisensierer teknologi.
– Vi er i ferd med å etablere datterselskaper i ulike geografiske regioner som skal håndtere lisensene, men kommer bygge opp en liten produksjon i Østerrike som kan ta seg av de tidlige produktseriene, sier Stempfer.
For å konkretisere innsparingene har de beregnet at et anlegg som er stort nok til å håndtere gjødselen fra 85.000 griser vil koste rundt to millioner kroner.
– Det vil betale seg på to år, og det inkluderer kostnadene til den fornybare energien, sier Ingels.
I gang
Frem til nå har selskapet i flere år jobbet med det teoretiske grunnlaget for prosessen, og den er grundig dokumentert. Nå er testingen av prototyper i gang langs to hovedretninger.
En med trykk på opptil 15 bar og høy temperatur. Den andre har lavere både trykk og temperatur. Målet er å ha prototyper klar til uttesting om 1-2 år.
Til nå er det investert rundt 40 millioner kroner i teknologien, men det trengs mer før de er på markedet.
– En tommelfingerregel sier at for ny teknologi trenger man 100 millioner kroner og ti år fra ide til produkt før man er i gang med salget, sier Ingels.
