Kunstmest voor de velden en brandstof voor landbouwvoertuigen zijn belangrijke kostenposten voor de landbouw. Kunstmest en dieselbrandstof zijn energie-intensieve producten en daarmee ook een belangrijke bron van CO2 emissies vanuit de landbouw. Technologie voor hernieuwbare energie zoals zonne- en wind energie wordt steeds goedkoper waardoor het rendabeler wordt deze technologie ook te gebruiken. Terug leveren van geproduceerde hernieuwbare elektriciteit aan het elektriciteitsnet is echter niet altijd voordelig. De hernieuwbare energie moet hier concurreren met gesubsidieerde fossiele elektriciteit opgewekt met kolen, gas en kerncentrales. Kleinschalige decentrale productie op het boerenbedrijf van zowel kunstmest als transportbrandstof met behulp van hernieuwbare energie levert de boer en zijn omgeving direct voordeel op:Inkoopkosten voor deze producten worden lagerVermindert de CO2-emissie van de landbouw aanzienlijk, de carbo-footprint wordt verminderdRendement op hernieuwbare energie technologie wordt hogerAmmoniak (NH3) is zowel grondstof voor kunstmest als brandstof voor motoren. Ammoniak kan diesel voor meer dan 90% vervangen in bestaande dieselmotoren. Daarmee is ammoniak een uitstekende vervanger voor diesel in het landbouw en wegverkeer. Ammoniak is ook grondstof voor waterstof (H2) in waterstofmotoren. De technologie om ammoniak te maken is gebaseerd op het Haber-Bosch proces uit het begin van de vorige eeuw. Deze technologie vraagt veel energie voor het creëren van de hoge druk en de hoge temperaturen. Daarom is het voordelig het Haber-Bosch proces in grote installaties uit te voeren.Nieuwe brandstofcel-technologie maakt het mogelijk het Haber-Bosch proces (elektro-katalytisch) op kleine schaal uit te voeren. Het Kiemkracht concept Greenfertilizer onderzoekt de mogelijkheden van deze technologie voor ammoniak productie en benutting op het eigen boerenbedrijf.Het onderzoek is uitgevoerd door TU-Delft en Hanzehogeschool. Het doel was een opgeschaald ammonia elektrolyse synthese proces te ontwikkelen waar een eerste schaal-sprong gemaakt zou worden.Het elektrochemisch ammonia synthese proces is gebaseerd op zuurstofgeleidende elektroden, (proces figuur3. zie onder). Het voordeel van deze zuurstofgeleidende electroden boven proton geleidende electroden is dat er met omgevingslucht gewerkt kan worden in plaats van met stoom. Stoom maakt technologische ontwikkeling van het proces gecompliceerder. Experimenteel en theoretisch onderzoek van TU-Delft laat zien dat met deze elektroden ammonia te produceren is. TU-Delft heeft met zuurstof geleidende electroden ammonia productiesnelheden behaald van 1,84x 10-10 mol s-1 cm-2 bij 650oC. Deze snelheden zijn een factor 100-1000 hoger dan tot nu toe gerapporteerd in literatuur (Kyriakou et al 2017). Simulatie-studies van TU-Delft laten zien dat het ammonia synthese proces met een factor 100-1000 versneld kan worden door het proces onder druk te brengen bij een temperatuur van 400-500C. Op basis van deze simulaties is een ontwerp gemaakt en uitgevoerd voor een “hoge-druk electrolyse reactor”. Technische complicaties met deze hoge druk elektrolyse reactor maakte het onmogelijk betrouwbare resultaten te verkrijgen. Met name gas lekkages bij hoge temperaturen maakten het onmogelijk ammonia massabalansen op te stellen. Bovendien was ammonia productie niet aan te tonen. Hiermee zijn de simulatie voorspellingen niet bevestigd en blijft het onduidelijk of de onderliggende hypothesen correct zijn. De Hanzehogeschool heeft onderzoek uitgevoerd naar het concentreren van ammonia voor toepassing als vloeibare kunstmest. Uitgangspunt hierbij waren de ammonia productieniveau van de experimentele opzet en de voorspelde gesimuleerde opzet. Met de juiste technologie is het mogelijk de ammonia te concentreren voor verdere verwerking als kunstmest. Echter dit proces is economisch rendabel bij een ammonia concentratie in de uitstroom van de elektrolyse reactor die een factor 1000 hoger is dan tot nu toe is gemeten. Het feit dat de TU-Delft er niet in is geslaagd een kleine schaalsprong (factor 10) te maken met de drukreactor betekent dat commerciële toepassing van dit proces voorlopig nog niet aan de orde is. Achteraf gezien was het wellicht beter geweest de keuze te maken voor de proton geleidende electroden die bij lagere temperaturen werkzaam zijn, hier is een schaalsprong van een factor 100 ten opzichte van de recent gerapporteerde ammonia synthese snelheden. Een recente review door Kyriakou et al 2017 geeft als aanbeveling onderzoek te verrichten naar verbeterde elektrodematerialen en geleidende elektrolyten in de reactorcellen. Uiteindelijk zal het elektrochemisch ammonia synthese proces er komen vanwege de vele voordelen die het beidt. Processen moeten met een factor 100-1000 verbeterd worden eer het proces economisch rendabel is. Op dit moment is het nog niet te voospellen wanneer dit moment er is.
Door koeienmest met een 'stikstofkraker' te verwerken, kunnen boeren hun stikstofuitstoot tot wel 80 procent verminderen. Experts en gebruikers zijn positief over de innovatie. Robert Baars, lector Climate Smart Dairy Value Chains aan hogeschool Van Hall Larenstein: "Geef elke boer een kraker en de stikstofcrisis is opgelost."
LINK
Door het inzaaien van klaver in grasland kan er meer stikstof worden gebonden. Hierdoor neemt de plantaardige eiwitproductie toe zonder gebruik van kunstmest. Daarnaast zorgen kruiden als cichorei en smalle weegbree voor een hogere stikstof-efficiëntie bij melkkoeien, met een lagere ammoniakemissie tot gevolg. Gewone rolklaver kan ook de methaanproductie verlagen. Klaver- en kruidenrijke graslanden kunnen dus bijdragen aan een duurzame eiwitvoorziening.
LINK
Om onze groeiende wereldbevolking op een duurzame manier te kunnen voeden moeten we op zoek naar toekomstbestendige vormen van voedselproductie. We streven naar een akker- en tuinbouw waarbij minder verloren gaat, natuurlijke hulpbronnen worden gespaard en bodemecologie en biodiversiteit worden versterkt. Waar conventionele akkerbouw leunt op de inzet van grote zware machines, chemische bestrijdingsmiddelen en kunstmest, richten we ons in dit onderzoek op de inzet van lichtere en kleinere agrarische robots. Hierdoor ontstaan nieuwe manieren van telen en rijden er geen zware machines meer op het land. Als gevolg hiervan vind er minder bodemverdichting plaatst en hoeft het land niet te worden omgeploegd. In Nederland worden op dit moment een aantal agrarische robots ontwikkeld. Dit zijn inherent complexe systemen en er zijn nog een aantal uitdagingen die moeten worden opgelost voordat deze robots het veld op kunnen. Wij richten ons in dit project op de software die nodig is om de robot autonoom, oftewel zelfstandig, te kunnen laten rijden. We willen een beproefd framework aanvullen en toepassen, zodat deze op agrarische robots gebruikt kan worden. In dit project werkt Saxion samen met zes pioniers op het gebied van agrarische robots in Nederland. In een voorgaand project zijn oplossingsrichtingen verkend en in dit project worden de ontbrekende schakels ontwikkeld. Voor de navigatie gebruiken we Robot Operating System (ROS), het framework dat wereldwijd door grote robotbouwers wordt gebruikt: In dit project modelleren en simuleren we de robots. Ontbrekende onderdelen worden ontwikkeld, samengesteld of geconfigureerd. Tenslotte wordt de software op de fysieke robots getest. De ontwikkelde software wordt al gedurende de ontwikkeling als open source project publiek beschikbaar gesteld. Met de resultaten van het onderzoek kan de time-to-market voor nieuwe agrarische robots drastisch worden verlaagd.
Biochar was tien jaar geleden een onbekend materiaal voor verbetering van de bodem. Het heeft bovendien de eigenschap dat het CO2 opslaat. Biochar producten worden in Nederland hoegenaamd niet geproduceerd en hoogstens als halffabricaat voor organische meststof toegepast. Er zijn aanwijzingen dat Biochar niet alleen leidt tot verhoogde gewasopbrengsten maar dat er bij de productie van Biochar ook bio-energie vrijkomt. De bedrijven in dit project willen de potentie van Biochar onderzoeken en hebben behoefte aan Nederlandse pilots waarbij de toepassings-, productie- en afzetmogelijkheden van Biochar aantoonbaar gemaakt worden. Door middel van een haalbaarheidsonderzoek/pilot worden verschillende toepassingsmogelijkheden van Biochar verkend specifiek ter verbetering van de boomteeltgronden. Het haalbaarheidsonderzoek zal in kaart brengen welke afzetmogelijkheden er zijn van Biochar als basis voor meststof voor bodemverbetering in de boomteelt. Ook zal het onderzoek in beeld brengen hoeveel warmte er bij de productie vrij komt en hoe die opnieuw ingezet kan worden. Het project stelt de volgende vragen centraal: 1) Wat zijn de (verdere) mogelijkheden van Biochar als bodemverbeteraar in de landbouw en de boomteelt in het bijzonder? 2) Hoe is de vergelijking van Biochar als bodemverbeteraar in de energie/milieu balans ten opzichte van alternatieven (kunstmest, dierlijke mest, compost)? In het project worden deze vragen onderzocht en de resultaten bewerkstelligd. Avans werkt daarin samen met VAPPR, een jong bedrijf dat zich richt op de introductie van Biochar, FME (Fresh Mushroom Europ) en de Baaij advies. Vanuit Avans is het project een samenwerking tussen het Centre of Expertise Biobased Economy en het Expertisecentrum Sustainable Business. Laatstgenoemde heeft de lead in het onderzoek.
Verduurzaming van de chemische en landbouwsector is essentieel om de klimaat- en circulaire doelstellingen te halen. Eén van de mogelijkheden om de chemische sector te vergroenen is om hernieuwbare grondstoffen als feedstock voor productie te gebruiken. Met name laagwaardige reststromen uit de agrarische sector komen hiervoor in aanmerking. In dit project wordt beoogd om koeienurine, dat gescheiden is opgevangen van de ontlasting, te valoriseren richting hoogwaardige componenten voor (fijn)chemie. De focus zal in eerste instantie liggen op de isolatie van hippuurzuur en hieruit te synthetiseren benzoëzuur en glycine en de verwaarding van de resterende fractie richting natuurlijke meststoffen voor de akker/tuinbouw. De verkregen groene benzoëzuur is een goed alternatief voor het huidige uit de petrochemie gesynthetiseerde zuur en kan bijvoorbeeld als natuurlijk conserveringsmiddel in mengvoeders worden gebruikt. In een latere fase zullen ook overige waardevolle componenten (allantoine, creatinine, creatine, etc.) uit urine van koeien worden geïsoleerd en gevaloriseerd.Een succesvol project draagt bij aan het verbeteren van de business case van veetelers en maakt de scheiding van urine en ontlasting in de stallen aantrekkelijker. Additionele revenuen die uit de bioraffinage van urine worden verkregen kunnen gebruikt worden om de gedane investeringen in het “koeientoilet” terug te verdienen. De scheiding van urine en ontlasting levert een significante reductie in ammoniak-emissies op en draagt hiermee bij aan het oplossen van het “stikstofprobleem”. Reductie van CO2 wordt o.a. bewerkstelligd door verminderd gebruik van kunstmest en vervanging van uit de petrochemie afkomstige chemicaliën (benzoëzuur) door synthese uit natuurlijke (hernieuwbare) grondstoffen.
