Podtlenek azotu: gaz emitowany przez sektor rolniczy zwiększa efekt cieplarniany

Podtlenek azotu, emitowany w znacznych ilościach przez sektor rolniczy, również niszczy warstwę ozonową

podtlenek azotu

Obraz Foto-Rabe z Pixabay

Podtlenek azotu jest bezbarwnym, niepalnym gazem w temperaturze pokojowej i jest powszechnie znany jako przezabawny lub azotowy (NOS). Podtlenek azotu jest gazem wytwarzanym naturalnie w środowisku i ważnym dla równowagi klimatycznej, jednak może być również produkowany przemysłowo do wielu zastosowań. Azot jest jednym z najważniejszych atomów dla życia na Ziemi i występuje w kilku strukturach molekularnych. Pierwiastkowy azot (N) jest również bardzo ważną częścią atmosfery i naturalnych cykli, takich jak cykl azotowy.

Podtlenek azotu (N2O)

Utworzony przez dwa atomy azotu i jeden tlen, podtlenek azotu, jest używany w przemyśle jako:

  • Utleniacz w silnikach rakietowych;
  • Optymalizator spalania paliwa w silnikach (nitro);
  • Propelent w aerozolu;
  • Znieczulenie (głównie w stomatologii, znane jako przezabawny gaz).

W naturze azot obecny w atmosferze jest wychwytywany przez rośliny i przekształcany w amoniak, który osadza się w glebie i później jest wykorzystywany przez rośliny. Ten proces nazywa się wiązaniem azotu. Amoniak osadzony w glebie może podlegać procesom nitryfikacji, w wyniku czego powstają azotany. Mikroorganizmy obecne w glebie mogą przekształcić te osadzone azotany w gazowy azot (N2) i podtlenek azotu (N2O) w procesie denitryfikacji, emitując je w ten sposób do atmosfery.

Gazy cieplarniane

Za gazy mające największy wpływ na wzrost efektu cieplarnianego uważa się:

  • Dwutlenek węgla (CO2);
  • Para wodna (H2Ov);
  • Metan (CH4);
  • Podtlenek azotu (N2O);
  • CFC (CFxCly).

Wiele mówi się o CO2 ze względu na jego wysokie stężenie w atmosferze i jego większy wpływ na globalne ocieplenie, jednak bardzo niepokojąca jest również emisja innych wymienionych gazów. Stężenie podtlenku azotu w atmosferze staje się coraz bardziej niepokojące, co powoduje konieczność podjęcia działań zmierzających do ograniczenia jego emisji.

Wpływ nadmiaru podtlenku azotu do atmosfery

Jak wszystko w przyrodzie, nadmiar czegoś może zmienić równowagę i stabilność systemu, a nawet całej planety. Nadmiar gazów, takich jak te uważane za potencjalnie wywołujące efekt cieplarniany, jest przykładem wpływu na skalę globalną.

Uprzemysłowienie i grupowanie się cywilizacji w powstających miastach trzeba zaspokoić na dużą skalę, jak np. Produkcja żywności, sprzyjająca dużemu rozwojowi rolnictwa, głównie w produkcji zbóż na paszę dla zwierząt (więcej na ten temat w materia: Intensywna hodowla zwierząt na mięso ma wpływ na środowisko i zdrowie konsumentów ”). Przy zaspokojeniu tych potrzeb rozpoczęto produkcję i emisję do atmosfery wielu gazów w gigantycznych proporcjach, powodując ich gromadzenie się w atmosferze i zmieniając kilka ziemskich cykli, wpływając również na średnią temperaturę planety Jednym z tych gazów jest podtlenek azotu.

Podtlenek azotu (N2O) występuje w znacznie mniejszych proporcjach niż dwutlenek węgla (CO2), ale jego działanie jest znacznie większe. Jego obecność w troposferze jest obojętna, przyczyniając się jedynie do pochłaniania energii cieplnej, jednak obecna w stratosferze powoduje degradację warstwy ozonowej. Podtlenek azotu ma właściwość zatrzymywania ciepła w atmosferze około 300 razy większej niż CO2, to znaczy jedna cząsteczka podtlenku azotu jest równoważna 300 cząsteczkom CO2 w atmosferze. Podtlenek azotu oddziałuje również na warstwę ozonową, przyczyniając się do jej degradacji, gdyż pozostaje w atmosferze ponad 100 lat, aż do naturalnej degradacji. Szacuje się, że w ciągu jednego roku człowiek emituje 5,3 teragrama (Tg) podtlenku azotu (1 Tg to 1 miliard kg).

Źródła emisji

W listopadzie 2013 r. Program Środowiska Narodów Zjednoczonych (UNEP) opublikował raport na temat podtlenku azotu i jego wpływu na klimat planety i warstwę ozonową. Według raportu podtlenek azotu jest trzecim gazem emitowanym w wyniku działalności człowieka, który w największym stopniu przyczynia się do globalnego ocieplenia i gazem, który ma największy wpływ na degradację warstwy ozonowej. Na podstawie przeprowadzonych badań, analizując stężenie gazów obecnych w pęcherzykach powietrza uwięzionych w słupach lodowych na biegunach, porównano z obecnym stężeniem CO2 (części na milion - ppm) i N2O (części na miliard - ppb) oraz narysowany jest wykres pokazujący wzrost tych gazów w czasie.

podtlenek azotu

Źródło: Drawing Down N2O / unep.org

Po okresie rewolucji przemysłowej, począwszy od XVIII wieku, następuje duży wzrost stężeń CO2 i N2O. W raporcie wskazano na główne źródła emisji podtlenku azotu przez człowieka, takie jak rolnictwo, przemysł i paliwa kopalne, spalanie biomasy, ścieki i akwakultura, a suma trzech ostatnich źródeł nie osiąga poziomu emisji podtlenku azotu przez rolnictwo.

Emisja N2O

Źródło: Drawing Down N2O / unep.org

Problem emisji N2O w każdym sektorze

Rolnictwo

Azot, niezbędny do produkcji żywności, jest niezbędnym elementem struktur molekularnych, takich jak enzymy, witaminy, aminokwasy, a nawet DNA. Dodatek azotu w rolnictwie, poprzez nawozy, przyspiesza i zwiększa plon plantacji, ale powoduje również emisję N2O. Szacuje się, że około 1% azotu zastosowanego do gleby będzie bezpośrednio emitować N2O. 1% wydaje się niewielki, ale jeśli weźmie się pod uwagę łączną powierzchnię zajmowaną przez rolnictwo na świecie i ilość nawozów wykorzystywanych w ciągu roku, to może nie być tak mało.

Wśród sektorów, które emitują najwięcej podtlenku azotu, za roczną emisję odpowiada głównie rolnictwo: około 66% całkowitej emisji. W przypadku tego sektora liczona jest nie tylko bezpośrednia emisja N2O z zastosowania nawozów, ale także bezpośrednie i pośrednie emisje z procesu produkcji nawozów syntetycznych, obornika, zwierząt hodowanych na pastwiskach, wymywania i gospodarowania obornikiem.

Niektóre środki w stosowaniu i obchodzeniu się z nawozami i obornikiem mogą pomóc zmniejszyć ten wpływ:

  • Regularnie testuj mechanizm dystrybucji nawozu / obornika, aby upewnić się, że aplikacja jest dokładna;
  • Upewnij się, że osoba stosująca nawóz / obornik jest dobrze wyszkolona w zakresie stosowania niezbędnego minimum;
  • Przeprowadź analizę gleby, aby ustalić wymaganą ilość nawozu;
  • Staraj się używać więcej obornika niż nawozów nieorganicznych;
  • Doskonalenie technik postępowania z obornikiem.

Badania mające na celu redukcję emisji N2O przez nawozy i wydajne środki alternatywne muszą być prowadzone stale.

Paliwa kopalne i przemysł

Emisja podtlenku azotu przez przemysł i pojazdy odbywa się na dwa główne sposoby. Pierwszą nazywamy reakcją jednorodną, ​​czyli gdy reagują odczynniki o tym samym stanie skupienia, przykładem jest spalanie paliwa gazowego (gaz z gazem). W paliwie gazowym mogą występować związki azotu, które mogą powstawać podczas ogrzewania w procesie spalania. Drugie medium zachodzi w reakcjach heterogenicznych, gdzie jeden może być gazem, a drugi ciałem stałym, przykładem może być spalanie węgla lub tworzenie N2O w katalizatorach samochodowych.

Samoloty, lekkie i ciężkie pojazdy są głównymi źródłami emisji podtlenku azotu, mimo że nie są one zbyt istotne w porównaniu z emisjami CO2, które zapewniają - nie jest to wymówka, aby nie być niepokojącym faktem.

W przemyśle dwa główne źródła emisji podtlenku azotu to produkcja kwasu azotowego (HNO3) i kwasu adypinowego. Kwas azotowy jest kluczowym składnikiem do produkcji nawozów, do produkcji kwasu adypinowego, materiałów wybuchowych, a także do obróbki metali żelaznych. Ponad 80% całego kwasu azotowego produkowanego na świecie jest przeznaczone do produkcji saletry amonowej oraz soli podwójnej saletry wapniowo-amonowej - 3/4 saletry amonowej wraca do produkcji nawozów. Podczas syntezy HNO3 N2O może powstać jako drugorzędny produkt reakcji (około 5 g N2O na każdy 1 kg wytworzonego HNO3).

Produkcja kwasu adypinowego (C6H10O4) jest drugim co do wielkości źródłem emisji podtlenku azotu w sektorze przemysłowym. Zdecydowana większość produkowanego kwasu adypinowego przeznaczona jest do produkcji nylonu, a także jest wykorzystywana do produkcji dywanów, odzieży, opon, barwników i środków owadobójczych.

Technologie zmniejszania emisji N2O w produkcji kwasu adypinowego są już dostępne, zmniejszając około 90% emisji, a około 70% przemysłu produkującego kwas adypinowy stosuje te technologie.

Spalanie biomasy

Spalanie biomasy oznacza spalanie wszelkich materiałów pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego w celu produkcji energii. Krótko mówiąc, spalanie biomasy odnosi się do naturalnego spalania lub z przyczyn ludzkich, głównie lasów / drewna, a nawet węgla drzewnego.

Średnia ilość N2O emitowanego przy spalaniu biomasy jest trudna do zmierzenia, gdyż w dużej mierze zależy od składu spalanego materiału, ale szacuje się, że jest to trzecie co do wielkości źródło emisji podtlenku azotu. Większość pożarów lasów jest spowodowana czynnikami naturalnymi, takimi jak błyskawice, ale niepokojące są również działania człowieka. Spalanie lasów w celu rozwoju rolnictwa i hodowli jest jednym z największych problemów związanych ze spalaniem lasów, naturalnej roślinności, a nawet resztek pożniwnych, ponieważ ogień jest niedrogim i łatwym sposobem na oczyszczenie obszarów.

Kolejnym niepokojącym faktem jest wykorzystanie drewna i węgla do wytwarzania energii, a nawet pieców. W wielu regionach świata wytwarzanie energii roślinnej i jej wykorzystywanie do niektórych zadań, takich jak gotowanie, jest bardzo powszechne i może również wpływać na emisję N2O.

Należy podjąć przepisy i działania mające na celu ograniczenie i zapobieganie spalaniu w celu zmniejszenia emisji N2O ze spalania w celu „czyszczenia” terenów, rolnictwa lub do innych celów, a także kontroli i gaszenia pożarów. z przyczyn naturalnych. Oprócz stwarzania ryzyka niekontrolowanych płomieni, które mogą zniszczyć olbrzymi obszar, jak miało to miejsce w listopadzie 2015 roku w Chapada Diamantina, emisja zanieczyszczających i toksycznych gazów może mieć znaczny wpływ na region.

Jeśli chodzi o emisję z wykorzystania biomasy do produkcji energii i w piecach, realną alternatywą jest udoskonalenie technik w celu zmniejszenia zużycia paliwa, przy większej wydajności i zastąpieniu paliwami, które nie uwalniają N2O, takimi jak gazy z ropy naftowej. na redukcję emisji N2O z tych źródeł. W przypadku zamiany na gazy z ropy naftowej będziemy mieli problem z emisją CO2 - może się to wydawać szalone, ale lepiej jest uwolnić CO2 zamiast N2O, gdyż N2O oprócz przyczyniania się do niszczenia warstwy ozonowej ma siła utrzymywania ciepła 300 razy większa niż CO2.

Ścieki i akwakultura

Ścieki i akwakultura stanowią łącznie 4% całkowitej emisji podtlenku azotu powodowanej przez człowieka. Może się to wydawać mało w porównaniu z innymi źródłami, ale nadal są one źródłem niepokoju. Ścieki to każda zrzucona woda, która zawiera zanieczyszczenia i nieczystości, które należy oczyścić, aby nie wpływać na środowisko. Akwakultura to hodowla organizmów wodnych w zamkniętych lub kontrolowanych przestrzeniach, na przykład hodowla ryb w celu komercjalizacji.

Emisja podtlenku azotu przez ścieki może odbywać się na dwa sposoby: poprzez przemianę chemiczną i biologiczną w trakcie oczyszczania ścieków oraz odprowadzanie ścieków do dopływów, w których azot zawarty w ściekach w wysokim stężeniu zostanie przekształcony w N2O przez bakterie obecny w dopływach.

Podobnie jak w przypadku nawozów, w akwakulturze problemem jest duża ilość zastosowanego azotu. Duża ilość azotu obecna w pożywieniu organizmów hodowlanych powoduje, że w wodzie występuje wysoki poziom azotu, który zostanie przekształcony w podtlenek azotu w procesie chemicznym i / lub biologicznym.

Głównym sposobem redukcji podtlenku azotu emitowanego przez ścieki są techniki oczyszczania, a tym samym zmniejszenie ilości rozcieńczonego azotu. Niektóre techniki mogą nawet usunąć około 80% rozcieńczonego azotu. Aby zmniejszyć emisje podtlenku azotu, należy przyjąć i ustanowić zasady i technologie oczyszczania.

Techniki akwakultury mogą być również stosowane w celu zminimalizowania emisji N2O, którymi mogą być: integracja systemu rolnictwa i akwakultury, ponowne wykorzystanie wody bogatej w składniki odżywcze do nawadniania plantacji i roślin wodnych do karmienia hodowli wodnej, integracja między gatunkami wodnymi, gdy odpady jednego gatunku służą jako pokarm dla drugiego, modyfikacja i optymalizacja pożywienia i składników odżywczych w celu zminimalizowania rozcieńczenia azotu w pożywce.

Oddziaływania spowodowane użyciem podtlenku azotu zwracają uwagę na coś ważnego: ograniczenia planetarne. Aby lepiej zrozumieć ten temat, zapoznaj się z artykułem: „Jakie są granice planet?”


Original text