Productie


Elk jaar zet de Europese industrie miljoenen tonnen grondstoffen – lucht als bron van stikstof, aardgas en fosfor- en kaliumertsen om in veilige, praktische producten gebaseerd op de drie voornaamste plantennutriënten stikstof, fosfor en kalium.

Stikstofmeststoffen

De lucht die we inademen bestaat voor 78% uit stikstofgas (N2). In deze vorm is stikstof echter niet reactief en onoplosbaar, en dus niet rechtstreeks beschikbaar voor planten. Ammoniak (NH3) is de basis bouwsteen voor virtueel alle vormen van stikstofmeststoffen, en wordt in beperkte mate zelf gebruikt als commerciële kunstmeststof.

 
Bron: Fertilizers Europe
  Ammoniak wordt geproduceerd door stikstofgas uit de lucht te laten reageren met waterstofgas (H2) onder hoge druk en hoge temperatuur in aanwezigheid van een katalysator. Dit proces is beter bekend als het Haber-Bosch proces. De waterstof wordt geproduceerd door aardgas te laten reageren met water onder hoge druk en hoge temperatuur. Aardgas wordt ook gebruikt als energiebron om de benodigde warmte in het productieproces van ammoniak te genereren. Het aardgas dient in het proces dus zowel als grondstof voor de productie van H2 (70%) en als energiebron (30%).

Omdat er op vele plaatsen aardgasvelden zijn, worden in vele landen meststoffen op basis van ammoniak en stikstof geproduceerd. Ammoniak wordt in ongeveer 68 landen geproduceerd; ureum, de meest voorkomende stikstofbemesting, wordt in ongeveer 56 landen geproduceerd.

Hoewel voor de productie van stikstofmeststoffen slechts een klein aantal chemische processen wordt gebruikt, zijn er heel veel verschillende afgewerkte producten. De variatie aan producten maakt toepassingen mogelijk die afgestemd zijn op de site en die rekening houden met factoren als het bodemtype en de eisen van het gewas. Zo bereikt men een optimale voeding van de plant.

De belangrijkste stikstofhoudende meststoffen zijn:

Ammoniak – gebruikt als meststof en als bouwsteen voor andere stikstofhoudende producten, zoals halffabricaten voor industriële toepassingen en afgewerkte meststoffen. Ammoniak bestaat uit 82 procent stikstof en wordt als een vloeistof onder druk of gekoeld opgeslagen. Op kamertemperatuur is het een gas en het wordt als gas in de bodem ingespoten. Voor de rechtstreekse toepassing van ammoniak moeten de landbouwers aanzienlijk investeren in opslagtanks onder druk en injectiemachines.

Ureum – gevormd door de reactie van ammoniak met koolstofdioxide CO2 onder hoge druk. In het eerste, natte stadium van het procedé wordt een warme ureumvloeistof geproduceerd; daaruit wordt gewoonlijk het vaste, afgewerkte product gemaakt (dat 46 procent stikstof bevat), dat meestal in vaste vorm wordt toegepast. Ureum kan echter ook worden gecombineerd met een ammoniumnitraatoplossing om vloeibare stikstofmeststof te maken (ureum-ammoniumnitraatoplossing of UAN).

Ammoniumnitraat (AN) – geproduceerd door de reactie van salpeterzuur, een tussenstof voor de chemische industrie geproduceerd uit ammoniak, waarbij de ammoniak een geconcentreerde, waterige oplossing vormt die daarna wordt gestold tot korrels of granulaat. Ammoniumnitraat is een vaste meststof (met circa 34 procent stikstof) die meestal in vaste vorm wordt toegepast. Ammoniumnitraat is oplosbaar in water en wordt in verschillende vloeibare meststoffen gebruikt.

Calciumammoniumnitraat (CAN) - een mengsel van AN en calcium- of magnesiumcarbonaat (met 25-28 procent stikstof), geproduceerd door het mengen van calcium en/of magnesiumcarbonaat tot een ammoniumnitraatoplossing voor het stollingsproces. Het kalkgehalte van CAN helpt ook de zuurtegraad van de bodem te neutraliseren.

Ammoniumsulfaat (AS) – heeft een relatief laag stikstofgehalte (21 procent). Behalve stikstof bevat het ook zwavel (24 procent). Het wordt gebruikt wanneer een tekort aan zwavel in de bodem een beperkende factor vormt voor de plantengroei.

Calciumnitraat (CN) – geproduceerd door een calciumzout, zoals bv. kalksteen of het calciumfosfaat van fosfaaterts, op te lossen in salpeterzuur. In het laatste geval is dit een bijproduct van nitrofosfaten. CN wordt gebruikt om het tekort aan calcium bij planten op te lossen en om de zuurtegraad van de bodem te verbeteren. Het bevat 15,5 procent stikstof in nitraatvorm in 19 procent wateroplosbare calcium. Het product is oplosbaar in water en bijzonder geschikt voor bemestingssystemen op basis van water.

Kaliumnitraat (PN) – geproduceerd door de reactie van natriumnitraat met kaliumchloride. Kaliumnitraat wordt gebruikt als een meststof met kalium en stikstof. Kaliumnitraat bevat 13,5 procent stikstof en 45 procent wateroplosbare kalium als K2O. Door de wateroplosbaarheid is het bijzonder geschikt voor vloeibare toepassingen.

Vanwege hun chemische verwantschap worden AN, CAN, CN en PN vaak samen “nitraten” genoemd.

Fosformeststoffen

Fosfor komt voor in natuurlijke geologische afzettingen van fosfaaterts, dat uit de aardkost wordt gedolven. De grootste vindplaatsen van fosfaaterts bevinden zich in Noord-Afrika, China, India, de Verenigde Staten, Brazilië, Australië en Rusland.

De meeste fosfaatertsen vereisen een behandeling die men “verrijking” noemt: het erts wordt dan gewassen, verpulverd, gesorteerd en geflotteerd tot het materiaal zuiver genoeg is om te worden gebruikt als de grondstof fosfaaterts voor verdere chemische verwerking.

Fosfaatertsafzettingen zijn niet evenredig verspreid over de aardkorst; sommige landen en gebieden beschikken over enorme voorraden. De belangrijkste mijnbouw komt vandaag alleen voor in gebieden waar de kwaliteit, de geometrie en de logistiek het meest aangewezen zijn voor een goedkope productie. In 2002 waren 11 landen verantwoordelijk voor 83 procent van de hele wereldproductie van circa 143 miljoen ton fosfaaterts. Sinds 1999 bedroeg het totaal aan bekende voorraden fosfaaterts (omschreven als minerale delfstoffen van een welbepaalde omvang die op een rendabele manier worden of zouden kunnen worden gewonnen onder de heersende omstandigheden inzake kosten, marktprijzen en technologieën) 56 miljard ton, waarvan zich 60 procent in Marokko bevond.

Om de fosfor in fosfaaterts oplosbaar en beschikbaar voor planten te maken, werd het erts gedigereerd met zwavelzuur (H2SO4) of salpeterzuur (HNO3) voor de productie van fosforzuur, een halffabricaat dat verder wordt verwerkt tot verschillende soorten fosfaathoudende meststoffen.

De belangrijkste fosfaathoudende meststoffen zijn:

Monoammoniumfosfaat (MAP) (met 52 procent fosfaat als P2O5) en diammoniumfosfaat (DAP) (met 46 procent fosfaat als P2O5) – samen ammoniumfosfaten genoemd omdat het fosforzuur wordt behandeld met ammoniak om deze producten te vormen, die beide ook stikstof bevatten. De beide producten worden vaak als granulaat geproduceerd om in die vorm te worden gebruikt of te worden gemengd met andere soorten meststoffen. Ze worden ook als niet-granulaat geproduceerd voor gebruik in vloeibare meststoffen.

Nitrofosfaten – waarin een deel van het stikstofgehalte in nitraatvorm voorkomt (in tegenstelling tot de zuivere ammoniakvorm die in de MAP- en DAP-producten voorkomt). Nitrofosfaten worden geproduceerd door oplossing van het fosfaaterts in salpeterzuur in plaats van zwavelzuur.

Gewoon superfosfaat - geproduceerd door fosfaaterts te behandelen met zwavelzuur, bevat 16-20 procent fosfaat als P2O5.

Tripelsuperfosfaat, geproduceerd door fosfaaterts te behandelen met fosforzuur, is een sterk geconcentreerde vorm van fosfaatmeststof (met circa 46 procent fosfaat als P2O5) en wordt als granulaat en als niet-granulaat geproduceerd.

Kaliummeststoffen

Kaliumzouten (potas) worden gewonnen uit natuurlijke ertslichamen die werden gevormd door de verdamping van zeewater. Potasertsen zijn te vinden onder de vorm van chloriden of sulfaten in zoutafzettingen in sommige sedimentaire bekkens.

Het erts is nooit zuiver genoeg en moet worden verrijkt en gezuiverd. Er wordt ook kalium gevonden onder de vorm van pekels in meren of ondergrondse afzettingen. Na de ontginning wordt het kaliumchloride gescheiden van het mengsel om een korrelmeststof te produceren.

Kaliumafzettingen zijn nog minder evenredig verspreid in de aardkorst dan fosfaatafzettingen. Slechts 12 landen doen aan kaliumwinning; in 2002 produceerden zes van deze landen (Canada, Rusland, Wit-Rusland, Duitsland, Israël en Jordanië) bijna 90 procent van de totale wereldproductie van circa 24 miljoen ton, gemeten als K2O.

Eén derde van de wereldproductie komt uit Canada. Het totaal aan bekende voorraden (omschreven als minerale delfstoffen van een welbepaalde omvang die op een rendabele manier worden of zouden kunnen worden gewonnen onder de heersende omstandigheden inzake kosten, marktprijzen en technologieën) kaliumzouten bedraagt meer dan 9 miljard ton. Meer dan 70 procent daarvan bevindt zich in Saskatchewan in Canada.

De belangrijkste kaliumproducten zijn:


Kaliumchloride (ook potasmuriaat of MOP genoemd) - met 40-60 procent kalium.

Kaliumsulfaat (of potassulfaat of SOP) – met 50 procent kalium; kaliumsulfaat wordt gebruikt bij planten die bijzonder gevoelig zijn voor chloor, zoals aardappelen, fruit, groenten en tabak.

Kaliumnitraat is een efficiënt opneembare bron van kalium en stikstof, die geregeld wordt gebruikt voor groenten, fruit en akkerbouwgewassen

Kalkmeststoffen

Het algemene productieproces van kalkmeststoffen omvat:
  • Mijnen van grondstoffen, meestal kalksteen of dolomiet.
  • Omzetting of ‘verkalking’ van de grondstoffen tot ongebluste kalk (CaO).
  • Eventuele verdere verwerking van ongebluste kalk tot gebluste kalk (Ca(OH)2).
De grondstoffen, zoals zuivere kalksteen (CaCO3) of dolomiet (CaMg(CO3)2) worden gemijnd, verbrijzeld, in sommige gevallen gewassen en dan gecontroleerd vooraleer het naar de fabriek wordt getransporteerd. Kalk wordt gemaakt door het branden van de calcium- en/of magnesiumcarbonaten bij een temperatuur van 900°C tot 1200°C. Bij deze temperatuur wordt koolstofdioxide (CO2) vrijgezet en bekomt men calciumoxide of ongebluste kalk (CaCO3 -> CaO + CO2). In sommige gevallen, zoals bij dolomiet, zijn hogere temperaturen tot 1800°C nodig. De ongebluste kalk wordt ofwel zelf gebruikt als meststof, of wordt in de fabriek verder verwerkt tot gebluste kalk volgens de reactie CaO + H2O -> Ca(OH)2.
 
Bron: Lhoist

Gemengde meststoffen

Naast enkelvoudige meststoffen zijn er ook meststoffen met verschillende nutriënten, die wij als volgt kunnen indelen:

Complexe meststoffen – meststoffen die minstens twee van de primaire nutriënten bevatten, verkregen door chemische reactie. De korrels die hiervan het resultaat zijn, bevatten de nutriënten in een aan te geven verhouding. MAP, DAP en nitrosfosfaten zijn voorbeelden van dit type product.

Samengestelde meststoffen – meststoffen die minstens twee van de primaire nutriënten bevatten, die langs chemische weg, door mengen of door een combinatie van beide zijn verkregen. De geproduceerde korrels kunnen verschillende nutriënten in verschillende verhoudingen bevatten.

Meststoffenblends of bulkblends – verkregen door het droge mengen van verschillende materialen. Er is geen sprake van een chemische reactie. Blends zouden in het ideale geval een mengsel van korrels van gelijke grootte, gewicht en oppervlaktebehandeling moeten bevatten om scheiding te voorkomen; die is namelijk ongewenst omdat de agronomische efficiëntie van het product daardoor verminderd wordt.

Multi-nutriëntenmeststoffen
- Naar multi-nutriëntenmeststoffen wordt vaak verwezen door de primaire nutriënten te noemen waaruit zij zijn samengesteld (bv. NPK, NP enz.).

Puur agronomisch gezien zijn complexe meststoffen de meest efficiënte manier om een evenwichtige voeding te bereiken, aangezien zij een aan te geven hoeveelheid of formule aan primaire nutriënten per korrel bevatten en een gelijkmatige toepassing mogelijk maken door de stabiele kwaliteit van de korrel en de vaste korrelgrootte. Complexe meststoffen zijn gewoonlijk duurder en boden in het verleden een grotere winstmarge dan mengsels of blends, maar zij dragen bij tot een grotere oogst en een oogst van betere kwaliteit, vooral bij groenten- en fruitsegmenten met een grote toegevoegde waarde (in de sector “commerciële gewassen” of “cash crops” genoemd, zoals fruit en groenten, in tegenstelling tot de zogenaamde voedingsgewassen, zoals graan). Deze telers zijn dan ook bereid om voor deze voordelen te betalen.

Bulkblends worden geproduceerd door vervaardigde producten gewoon droog te mengen. Bijgevolg zijn de kapitaalinvesteringen en de werkingskosten bij bulkblends klein vergeleken met die van de productie van ammoniak en de afgewerkte minerale meststoffen. Zo zijn ook de verkoopmarges op bulkblends normaal gezien veel kleiner dan die op chemisch geproduceerde meststoffen.