Nederland telt twee grote kunstmestfabrieken, die elk evenveel aardgas gebruiken als 1,4 miljoen huishoudens. De kunstmestfabriek van Yara in Sluiskil staat in de top 10 van de grootste Nederlandse energieverbruikers. Wereldwijd gaat 2 à 3 procent van de energie –uit aardgas– op aan de productie van stikstofkunstmest, zowel in vloeibare als in korrelvorm. En 3,5 procent van alle broeikasgassen is afkomstig van de kunstmestindustrie.

Dat het ook anders kan, bewijst VitalFluid in Eindhoven. Het bedrijf gebruikt de alom beschikbare grondstoffen lucht en water en (bij voorkeur) groene stroom om vloeibare kunstmest te maken. CO2-neutraal en grondstofarm. Met innovatieve plasmatechniek. Hoe gaat dat in zijn werk?

Lucht bevat ongeveer 80 procent stikstof. „Omgerekend gaat het om ongeveer 1 kilogram stikstof per kubieke meter lucht”, legt directeur en oprichter Paul Leenders uit.

Wanneer het onweert, produceert bliksem in de lucht een plasma. Plasma is een vierde verschijningsvorm van materie, na de vaste, vloeibare en gasfase. Plasma kan ontstaan onder hoge druk en hoge temperatuur. „Zo’n 99 procent van alle materie in het heelal bevindt zich in de plasmafase”, weet Leenders.

Wanneer bliksem de lucht verhit, ontstaat geïoniseerde lucht, een plasma van onder meer reactieve zuurstof- en stikstofdeeltjes. Het zijn zogeheten radicalen die slechts enkele nanoseconden bestaan. Wanneer dit plasma met water in aanraking komt, ontstaat nitraat. „Dit is een methode van de natuur om stikstof te binden en beschikbaar te maken als voedingsstof voor planten.”

In een doosje

VitalFluid heeft deze natuurlijke methode veilig in een apparaat gestopt, vervolgt Leenders. „Bliksem in een doosje noemen we dat. We wekken kunstmatig bliksem op. Door een groot spanningverschil ontstaat er een plasma waarin de temperatuur hoog oploopt, net als in een bliksemschicht.”

Op het hoogspanningslab van de Technische Universiteit Eindhoven bleek de techniek te werken. „In het plasma bevinden zich tal van reactieve verbindingen. Dat plasma koelen we af en we lossen het op in water. Daarbij ontstaan aanvankelijk reactieve zuurstof en reactieve stikstofdeeltjes en na enige tijd nitraat: een van de belangrijkste voedingsstoffen voor planten.”

De praktijkproeven van de Wageningen Universiteit lieten gunstige resultaten zien, net als de veiligheidsproeven van het Radboud UMC.

Desinfecterend

Het zogeheten plasmageactiveerde water (paw) dat daarbij ontstaat, kan voor verschillende doeleinden worden gebruikt. Een bedrijf als PlasmaCure, dat zich net als VitalFluid, op de Hightech Campus Eindhoven bevindt, zet een vergelijkbare techniek in voor het helen van lastig te genezen wonden.

Wanneer het plasmageactiveerde water direct na het maken wordt toegepast, heeft het desinfecterende eigenschappen. Dankzij de aanwezigheid van reactieve zuurstof en stikstofdeeltjes. Aanvankelijk werd dat ingezet voor onderzoek naar het bestrijden van plantenziekten, zoals schimmels en meeldauw. „Dat leverde fraaie resultaten op”, herinnert Leenders zich. „We konden daarmee plantenziekten terugdringen zonder gebruik te hoeven maken van chemische bestrijdingsmiddelen.”

Groeiwater

VitalFluid maakt vloeibare meststoffen van plasmageactiveerd water. Dit zogeheten groeiwater kan net als vloeibare meststof uit de fabriek worden toegediend via druppelirrigatie. „We kunnen dan exact toevoegen wat de plant eruit haalt. Je kunt denken aan vertical farming, etageteelt waarin onder rood kunstlicht bijvoorbeeld sla wordt gekweekt. Of voor irrigatiesystemen in woestijnachtige gebieden, in bijvoorbeeld Israël. We kunnen de toediening van nitraat exact afstemmen op de behoefte van de plant. Er gaat dan nagenoeg niets verloren.”

Stikstofbemesting is noodzakelijk voor alle teelten, verklaart Leenders. „Wanneer we ze niet zouden toepassen, zou de landbouwproductie wereldwijd halveren.” De meeste stikstofmeststoffen worden gemaakt met behulp van aardgas, en uitgestrooid als korrels. Daarvan gaat 70 procent verloren in het milieu door uitspoeling.

Leenders weet dat de kunstmestindustrie wil verduurzamen door over te schakelen op bijvoorbeeld waterstof in plaats van aardgas als energiebron. „Maar daar nemen ze 30 jaar de tijd voor. En dan is het energieverbruik omgerekend nog altijd zes keer hoger dan dat van ons systeem.”

Hoogspanning

In de productiehal van VitalFluid staan de eerste vier units klaar voor een vliegreis naar de Verenigde Staten. Het zijn roestvaststalen kasten van pakweg 1 bij 1,5 bij 2 meter. Achter een raampje zijn tien buizen zichtbaar waardoor hoogspanning wordt gejaagd. „Wat je daar ziet opgloeien, is plasma”, wijst Leenders.

Elke kast heeft een vermogen van 15 kilowatt. Dat is genoeg om elk uur 850 gram nitraat te maken. „In de regel is dat genoeg voor een glastuinbouwbedrijf van 1 hectare. Maar onze ingenieurs kunnen ook nog wel wat efficiencyslagen maken”, verwacht de directeur.

Aanvankelijk was het maken van groeiwater zes à zeven keer duurder dan de productie van kunstmest in een fabriek. „Maar met de extreem stijgende gasprijs lopen we dat verschil aardig in; groeiwater is nu nog maar vier keer zo duur als kunstmest”, rekent Leenders voor. „Onze bliksemdozen worden steeds interessanter voor de tuinbouw.”