De uitvinding van synthetische kunstmest ruim een eeuw geleden heeft revolutionaire gevolgen gehad voor de groei van de wereldbevolking. Kunstmest heeft de opbrengst per hectare van de landbouwproductie drastisch verhoogd, maar is ook een belangrijke bron van de uitstoot van broeikasgassen geworden. Bovendien blijkt kunstmest niet immuun voor geopolitieke onrust.
De afgelopen maanden stegen prijzen van kunstmest fors op de wereldmarkt, omdat de blokkade van de Straat van Hormuz in het Midden-Oosten ook grote gevolgen had voor de export van kunstmest door landen uit die regio. Daar hebben onder meer Europese boeren last van.
Er zijn verschillende opties om de productie en het gebruik van mest te vergroenen en diversifiëren, maar verduurzaming op dit vlak heeft nog een flinke weg te gaan. Change Inc. dook in de cijfers.
De lastige 4: staal, beton, plastics en kunstmest
Ontwikkelde economieën draaien op een aantal onmisbare basisproducten. In zijn boek How The World Really Works stelt energie-expert Vaclav Smil dat het moderne leven ondenkbaar is zonder staal, beton, plastics en kunstmest. Tegelijk blijkt juist de productie van deze vier pijlers van welvaart gepaard te gaan met een hoge uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen.
Uitstootverlaging bij de productieprocessen van staal, beton, kunstmest en plastic behoort tot de grootste uitdagingen van deze tijd. In een vierluik belicht Change Inc. de stand van zaken, met in dit derde deel aandacht voor kunstmest.
Kunstmest: belangrijke voedingsstoffen voor planten
Kunstmest is ontworpen om planten efficiënt van een aantal essentiële voedingsstoffen te voorzien. De kunstmestindustrie richt zich hoofdzakelijk op drie bouwstenen: stikstof (N), fosfor (P) en kalium (K). Kunstmestproducten worden standaard onderverdeeld op basis van deze drie hoofdklassen.
In het plaatje hieronder van de International Fertilizer Organization (IFA) is weergegeven wat de routes zijn voor de productie van de drie hoofdsoorten kunstmest. Het groene schema heeft betrekking op stikstof, het donkerblauwe diagram op fosfor en het bruine op kalium.
Credits: International Fertilizer Organization (IFA)
Voor op stikstof gebaseerde kunstmest geldt dat ammoniak de basis vormt. Ammoniakgas bestaat uit een combinatie van stikstof en waterstof (NH3). De hiervoor gebruikte waterstof wordt voor het overgrote deel onttrokken aan aardgas, terwijl de stikstof uit de lucht wordt gehaald. Met behulp van ammoniak worden diverse soorten stikstofkunstmest gemaakt, waarvan ureum het meest gebruikte product is.
Bij de productie van waterstof uit aardgas komt veel CO₂ vrij. Dat betekent dat de productie van ‘grijze ammoniak’ voor de kunstmestindustrie een grote bron van broeikasgasuitstoot is.
Fosfor en kalium zijn juist onderdeel van ertsen die via mijnbouw worden gewonnen. Vervolgens vindt verdere bewerking plaats voor de kunstmestindustrie. Van belang is dat ammoniak (Engels: ammonia) of het daarvan afgeleide salpeterzuur (nitric acid) ook bij diverse op fosfor en kalium gebaseerde kunstmestproducten een belangrijke rol speelt. Dat is te zien in de productieschema’s hierboven.
Per saldo komt het erop neer dat vergroening van de ammoniakproductie essentieel is voor de gehele kunstmestketen.
Uitstoot van broeikasgassen door kunstmest (en organische mest)
Kunstmest zorgt op twee manieren voor uitstoot van broeikasgassen: bij de productie en bij het gebruik ervan in de landbouw. Bij de productie gaat het vooral om de CO₂-uitstoot van grijze ammoniak.
Het gebruik van kunstmest gaat gepaard met bodemreacties die zorgen voor emissies van distikstofoxide (N2O) en methaan, beide broeikasgassen die veel krachtiger zijn dan CO₂. Belangrijk om hierbij te vermelden is dat ook de toepassing van organische (dierlijke) mest voor dergelijke bodemreacties kan zorgen en leidt tot uitstoot van broeikasgassen.
Data van VN-landbouworganisatie FAO laten zien dat de productie van kunstmest op jaarbasis verantwoordelijk is voor ongeveer 470 miljoen ton aan uitstoot in CO₂-equivalent. Het gebruik van kunstmest is goed voor 620 miljoen ton aan emissies, en het gebruik van organische mest voor 160 miljoen ton.
De emissies van distikstofoxide en methaan zijn in onderstaande grafiek omgerekend naar CO₂-eenheden.
De 1,25 miljard ton aan emissies in CO₂-equivalent bij de productie en het gebruik van (kunst)mest zijn goed voor 2 procent van de jaarlijkse mondiale uitstoot van broeikasgassen.
Wereldmarkt voor kunstmest
De productie van kunstmest vindt in een beperkt aantal landen plaats. Een gangbare manier om naar de markt te kijken werkt met een onderverdeling op basis van de drie belangrijkste voedingsstoffen: stikstof (N), de fosforhoudende stof fosfaat (P5O2) en het op kalium gebaseerde kaliumoxide (K2O).
Voor de vergelijking van de jaarproductie van landen wordt gekeken naar het gewicht van stikstof, fosfaat en kaliumoxide. Daarbij moet je in het achterhoofd houden dat dit geen daadwerkelijke eindproducten zijn, maar voedingsstoffen die onderdeel vormen van specifieke kunstmestproducten.
In de grafieken hieronder zie je dat de kunstmestmarkt voor stikstof op basis van deze indeling het grootst is (ongeveer 120 miljoen ton per jaar). De omvang van de markten voor fosfaat en kalium bedraagt in beide gevallen ongeveer een derde van die van stikstof.
Voor elk van de drie deelmarkten geldt dat de vijf tot acht grootste spelers ongeveer 70 procent tot 80 procent van de markt in handen hebben. Tussen de markten voor stikstof-, fosfaat- en kaliumproducten zijn er wel accentverschillen.
Zo zijn China en India zowel bij stikstofkunstmest als fosfaatkunstmest dominante spelers, maar is onder meer Canada belangrijk voor kalium. Rusland is juist op alle drie de deelmarkten sterk aanwezig.
Kunstmestproducten: ureum domineert
Een andere manier om naar de markt te kijken is op productniveau. In de grafiek hieronder kun je zien wat de belangrijkste producten zijn voor kunstmest op basis van stikstof, fosfaat en kalium.
Te zien is bijvoorbeeld dat ureum het belangrijkste product is voor stikstofkunstmest, met een jaarproductie van ongeveer 200 miljoen ton. Van het totale volume aan ureum bestaat ongeveer 90 miljoen ton uit de nutriënt stikstof.
Groene ammoniak voor de kunstmestindustrie
Zoals aangegeven is vergroening van de productie van ammoniak een belangrijke route om serieuze stappen te maken met het verduurzamen van de kunstmestproductie. Dat betekent in de praktijk dat er veel meer groene waterstof nodig is die via elektrolyse aan water wordt onttrokken, in plaats van waterstofproductie op basis van aardgas.
Voor kunstmestfabrieken die ureum produceren, geldt overigens wel dat hiervoor naast ammoniak ook CO2 nodig is. Die wordt bij bestaande fabrieken doorgaans verkregen door hergebruik van een deel van de CO2 die vrijkomt bij de productie van waterstof uit aardgas. Als aardgas wegvalt in het productieproces, moet er dus voor de productie van ureum nog wel een alternatieve bron van CO2 worden gevonden.
De ontwikkelingen op het gebied van groene ammoniak gaan vooralsnog relatief traag. Een VN-rapport schat dat de jaarcapaciteit van groene ammoniak in 2024 op minder dan 100.000 ton lag, tegen een totale capaciteit voor de productie van ammoniak van ongeveer 190 miljoen ton. Slechts 0,04 procent van de mondiale productiecapaciteit van ammoniak is dus echt groen.
De International Fertilizer Organization (IFA) verwacht dat de capaciteit voor groene ammoniak kan stijgen naar 3,1 miljoen ton op jaarbasis in 2029, maar dan nog zal dat slechts 1,5 procent zijn van de wereldcapaciteit.
Positief is wel dat er volgens analisten van IFA vanaf 2030 veel projecten in de pijplijn zitten voor verdere opschaling van groene ammoniak, maar die zijn sterk afhankelijk van de groei van de markt voor groene waterstof.
Verduurzaming bij de toepassing van kunstmest en organische mest
Er wordt veel onderzoek gedaan naar mogelijkheden om de uitstoot van broeikasgassen bij de toepassing van mest terug te dringen. Voor kunstmest gaat het daarbij veelal om de afweging tussen kansen voor productiviteitsstijging in de landbouw en negatieve milieueffecten.
Er zijn sterke aanwijzingen dat in landen waar veel kunstmest wordt gebruikt, het gebruik prima kan worden teruggeschaald zonder productiviteitsverlies, onder meer door een betere afwisseling met de toepassing van organische mest. Aan de andere kant kan in sommige zeer arme landen met een slecht ontwikkelde landbouw de inzet van kunstmest nog bijdragen aan het oplossen van problemen rond de voedselvoorziening.
Uit onderzoek naar methoden om de uitstootintensiteit van (kunst)mest te verlagen, blijkt dat variatie in lokale omstandigheden een grote rol speelt bij mogelijke oplossingen. Daarbij gaat het onder meer om slimmere gewasrotatie, dosering van kunstmest en organische mest, de inzet van biochar voor verbetering van de grondkwaliteit, irrigatie en aanpassing van zaaitijden. Ook de inzet van micro-organismen ter verbetering van de bodemkwaliteit biedt kansen om het gebruik van kunstmest te verminderen.
De recente stijging van kunstmestprijzen door de ontregeling van het aanbod vanuit het Midden-Oosten maakt intussen ook iets anders duidelijk: de inzet van dierlijke mest uit de directe omgeving kan ook strategische voordelen hebben. Boeren worden hierdoor minder afhankelijk van geïmporteerde kunstmest.
Wat betreft circulaire alternatieven voor kunstmest wordt inmiddels ook serieuzer gekeken naar menselijke urine. Wetenschappers zien kansen om de landbouw hiermee te verduurzamen. Voordeel is onder meer dat meststoffen op basis van urine naast stikstof ook fosfor bevatten. Tegelijk is onderzoek naar potentiële gezondheidsrisico’s nodig, omdat bijvoorbeeld antibioticaresten niet altijd goed worden verwijderd uit menselijke urine.
Kunstmest in Nederland: de fabriek van Yara in Sluiskil
Hoe zit het tot slot met de productie van kunstmest en de daaraan gerelateerde uitstoot van broeikasgassen in Nederland? De situatie is hier vrij overzichtelijk. De belangrijkste fabriek voor kunstmest is die van de Noorse multinational Yara bij Sluiskil in Zeeland.
Vier jaar geleden heeft Yara voor de locatie in Sluiskil een Climate Roadmap 2030 opgesteld waar sindsdien aan wordt gewerkt. De fabriek in Sluiskil staat voor een flinke opgave, want met een jaarproductie van ongeveer 3,5 miljoen ton kunstmest is Yara Sluiskil een grote speler in Europa. Naast kunstmest maakt Yara in Sluiskil jaarlijks ook 1,5 miljoen ton aan industriële chemicaliën.
Yara produceert in Sluiskil grijze ammoniak, op basis van uit aardgas gewonnen waterstof. Het bedrijf werkt aan mogelijkheden om dat proces te vergroenen, onder meer door gebruik te maken van biogas.
De grootste bijdrage van de reductie van CO₂-emissies van Yara komt de komende jaren van het industrieel hergebruik van afgevangen CO2 (1,4 miljoen ton op jaarbasis) en de gedeeltelijke opslag van CO₂ in lege gasvelden onder de zeebodem (0,8 miljoen ton). Mede vanwege de connectie met het Noorse moederbedrijf heeft Yara voor de opslag van CO2 gekozen om mee te doen aan een groot project voor de CO2-opslag bij de Noorse kust, en niet aan het Nederlandse Porthos-project.
Met de reductieplannen wil Yara in 2030 netto op een uitstoot van 0,7 miljoen ton uitkomen in CO₂-equivalent. De feitelijke uitstoot bedraagt dan nog 2,9 miljoen ton op jaarbasis, maar daarvan wordt 2,2 miljoen ton CO₂ deels hergebruikt, dan wel afgevangen en opgeslagen onder de zeebodem.
De transformatie bij Yara laat zien dat hergbruik en opslag van uitgestoten CO₂ op de korte termijn relatief veel impact kan hebben. Daadwerkelijke verduurzaming van de productie en het gebruik van kunstmest is een kwestie van langere adem.
Meer lezen over het voedselsysteem van de toekomst? In de nieuwsbrief Kweekvlees & Kool schrijft Change Inc.-redacteur Maaike Kooijman over nieuwe ontwikkelingen en interessante updates. Schrijf je hier in.
