Dušikov oksid, ki ga v znatnih količinah izpušča kmetijski sektor, uničuje tudi ozonski plašč

Slika Foto-Rabe iz Pixabay

Dušikov oksid je brezbarven, nevnetljiv plin pri sobni temperaturi in je splošno znan kot smešen ali dušikov plin (NOS). Dušikov oksid je plin, ki se naravno proizvaja v okolju in je pomemben za podnebno ravnovesje, vendar ga je mogoče industrijsko proizvajati za več načinov uporabe. Dušik je eden najpomembnejših atomov za zemeljsko življenje in je prisoten v več molekularnih strukturah. Element dušik (N) je tudi zelo pomemben del ozračja in naravnih ciklov, kot je dušikov cikel.

Dušikov oksid (N2O)

V obliki dveh atomov dušika in enega kisika, dušikovega oksida, industrija uporablja kot:

Oksidativno sredstvo v raketnih motorjih;
Optimizator pri izgorevanju goriva v motorjih (nitro);
Aerosolno gorivo;
Anestetik (predvsem na področju zob, znan kot smešen plin).

V naravi dušik, ki je prisoten v ozračju, rastline zajamejo in pretvorijo v amoniak, ki se bo odložil v tla in ga rastline pozneje uporabile. Ta postopek se imenuje fiksacija dušika. V tleh, odložen v tleh, se lahko izvede postopek nitrifikacije, kar povzroči nitrate. Mikroorganizmi, prisotni v tleh, lahko te naložene nitrate s postopkom denitrifikacije pretvorijo v plinasti dušik (N2) in dušikov oksid (N2O) in jih tako oddajo v ozračje.

Toplogredni plini

Za pline, ki največ prispevajo k povečanju učinka tople grede, se štejejo:

Ogljikov dioksid (CO2);
Vodna para (H2Ov);
Metan (CH4);
Dušikov oksid (N2O);
CFC (CFxCly).

O CO2 se govori veliko zaradi visoke koncentracije v ozračju in večjega vpliva na globalno segrevanje, vendar so tudi emisije drugih naštetih plinov zelo zaskrbljujoče. Koncentracija dušikovega oksida v ozračju postaja vse bolj zaskrbljujoča, zato so potrebni ukrepi za zmanjšanje njegovih emisij.

Vplivi presežka dušikovega oksida v ozračju

Tako kot vse v naravi lahko tudi presežek nečesa spremeni ravnotežje in stabilnost sistema in celo planeta kot celote. Presežek plinov, na primer tisti, za katere se šteje, da bi lahko povzročili učinek tople grede, je primer vpliva v globalnih razmerjih.

Industrializacijo in združevanje civilizacij v ustvarjenih mestih je treba doseči v velikem obsegu, na primer pri pridelavi hrane, ki spodbuja veliko rast v kmetijstvu, predvsem v pridelavi žit za proizvodnjo živalske krme (več o tej temi v zadeva: Intenzivna reja živali za uživanje mesa vpliva na okolje in zdravje potrošnikov "). Ko so bile te potrebe zadovoljene, se je veliko plinov začelo proizvajati in izpuščati v ozračje v velikanskih razmerjih, kar je povzročalo njihovo kopičenje v ozračju in spreminjanje več kopenskih ciklov, kar vpliva tudi na povprečno temperaturo planeta. Eden od teh plinov je dušikov oksid.

Dušikov oksid (N2O) je prisoten v precej manjših deležih kot ogljikov dioksid (CO2), vendar je njegov učinek veliko večji. Njegova prisotnost v troposferi je inertna, prispeva le k absorpciji toplotne energije, vendar, kadar je prisotna v stratosferi, razgradi ozonski plašč. Dušikov oksid ima lastnost zadrževanja toplote v ozračju približno 300-krat večjo od CO2, to pomeni, da je ena molekula dušikovega oksida enakovredna 300 molekulam CO2 v ozračju. Dušikov oksid vpliva tudi na ozonski plašč in prispeva k njegovi razgradnji, saj v atmosferi ostane več kot 100 let, dokler se naravno ne razgradi. Ocenjuje se, da človek v enem letu izpusti 5,3 teragrama (Tg) dušikovega oksida (1 Tg ustreza 1 milijardi kg).

Viri emisij

Novembra 2013 je Program Združenih narodov za okolje (UNEP) objavil poročilo o dušikovem oksidu in njegovem vplivu na planetovo podnebje in ozonski plašč. Po poročilu je dušikov oksid tretji plin, ki ga oddajajo človeške dejavnosti in najbolj prispeva k globalnemu segrevanju, ter plin, ki najbolj vpliva na razgradnjo ozonskega plašča. Na podlagi opravljene raziskave, ki je analizirala koncentracijo plinov, prisotnih v zračnih mehurčkih, ujetih v ledenih stebrih na polih, je bila narejena primerjava s trenutno koncentracijo CO2 (na milijon - ppm) in N2O (na milijardo - ppb) in narisan je graf, ki prikazuje povečanje teh plinov skozi čas.

Vir: Risanje navzdol N2O / unep.org

Po obdobju industrijske revolucije, od 18. stoletja dalje, se koncentracije CO2 in N2O močno povečajo. Poročilo opozarja na glavne človeške vire emisij dušikovega oksida, kot so kmetijstvo, industrija in fosilna goriva, kurjenje biomase, odplake in ribogojstvo, vsota zadnjih treh virov pa ne dosega, koliko kmetijstvo oddaja dušikov oksid.

Vir: Risanje navzdol N2O / unep.org

Problem emisij N2O v vsakem sektorju

Kmetijstvo

Dušik, ki je bistven za proizvodnjo hrane, je ključnega pomena za molekularne strukture, kot so encimi, vitamini, aminokisline in celo za DNA. Dodajanje dušika v kmetijstvu z gnojili pospešuje in povečuje donos nasadov, vendar to povzroča tudi emisije N2O. Ocenjuje se, da bo približno 1% dušika, ki se nanese na tla, neposredno oddajal N2O. 1% se zdi malo, a če pomislite na skupno površino, ki jo kmetijstvo zavzema na svetu, in letno porabljeno gnojilo, morda ni tako malo.

Med sektorji, ki oddajajo največ dušikovega oksida, je kmetijstvo glavno odgovorno za letne emisije: približno 66% celotne emisije. V tem sektorju se ne štejejo samo neposredne emisije N2O iz uporabe gnojil, temveč tudi neposredne in posredne emisije iz proizvodnega procesa sintetičnih gnojil, živalskega gnoja, živali, vzrejenih na pašnikih, izpiranja in ravnanja z gnojem.

Nekateri ukrepi pri uporabi in ravnanju z gnojili in gnojem lahko pomagajo zmanjšati ta vpliv:

Redno preizkušajte mehanizem za dovajanje gnojila / gnoja, da se prepričate, ali je vnos točen;
Zagotovite, da je oseba, ki uporablja gnojilo / gnoj, dobro usposobljena za uporabo najnujnejšega;
Izvedite analizo tal, da ugotovite potrebno količino gnojila;
Poskusite uporabiti več gnoja kot anorganska gnojila;
Izboljšanje tehnik ravnanja z gnojem.

Neprestano je treba izvajati raziskave za zmanjšanje emisij N2O z gnojili in učinkovita nadomestna sredstva.

Fosilna goriva in industrija

Emisije dušikovega oksida v industriji in vozilih se pojavljajo na dva glavna načina. Prva se imenuje homogena reakcija, to je, ko reagirajo reagenti istega agregatnega stanja, primer je izgorevanje plinastega goriva (plin s plinom). V plinastem gorivu so lahko prisotne dušikove spojine, ki lahko nastanejo med segrevanjem v procesu zgorevanja. Drugi medij se pojavlja v heterogenih reakcijah, kjer je eden lahko plin, drugi pa trdna snov, primer je izgorevanje premoga ali tvorba N2O v avtomobilskih katalizatorjih.

Letala, lahka in težka vozila so glavni viri emisij dušikovega oksida, čeprav v primerjavi z emisijami CO2, ki jih zagotavljajo, niso zelo pomembni - to ni izgovor, da ni zaskrbljujoče dejstvo.

V industriji sta glavna vira emisij dušikovega oksida proizvodnja dušikove kisline (HNO3) in adipinske kisline. Dušikova kislina je ključna sestavina za proizvodnjo gnojil, za proizvodnjo adipinske kisline, eksplozivov in tudi za predelavo železnih kovin. Več kot 80% vse dušikove kisline, proizvedene na svetu, je namenjene proizvodnji amonijevega nitrata in dvojne soli kalcija in amonijevega nitrata - 3/4 amonijevega nitrata gre nazaj v proizvodnjo gnojil. Med sintezo HNO3 lahko nastane N2O kot manjši reakcijski produkt (približno 5 g N2O na 1 kg proizvedenega HNO3).

Proizvodnja adipinske kisline (C6H10O4) je drugi največji vir emisij dušikovega oksida v industrijskem sektorju. Velika večina proizvedene adipinske kisline je namenjena proizvodnji najlona, uporablja pa se tudi pri izdelavi preprog, oblačil, gum, barvil in insekticidov.

Tehnologije za zmanjšanje emisij N2O pri proizvodnji adipinske kisline so že na voljo, kar zmanjšuje približno 90% emisij in približno 70% industrij proizvodnje adipinske kisline uporablja te tehnologije.

Sežiganje biomase

Kurjenje biomase pomeni kurjenje katere koli snovi rastlinskega ali živalskega izvora za proizvodnjo energije. Če povzamemo, kurjenje biomase se nanaša na naravno gorenje ali iz človeških razlogov, predvsem gozdov / lesa in celo oglja.

Povprečno količino izpuščenega N2O s sežiganjem biomase je težko izmeriti, saj je zelo odvisna od sestave materiala, ki se sežge, ocenjujejo pa, da je to tretji največji vir emisije dušikovega oksida. Večino gozdnih požarov povzročajo naravni dejavniki, kot so strele, a tudi človekovo delovanje je precej zaskrbljujoče. Sežiganje gozdov za pospeševanje kmetijstva in živine je med največjimi skrbmi zaradi gorenja gozdov, naravnega rastlinstva ali celo ostankov pridelkov, saj je ogenj poceni in enostaven način za čiščenje površin.

Zaskrbljujoče dejstvo je tudi uporaba lesa in premoga za pridobivanje energije in celo peči. V mnogih regijah sveta je pridobivanje zelenjavne energije in uporaba za nekatere naloge, kot je kuhanje, zelo pogosta in je lahko tudi vpliven vir emisij N2O.

Treba je sprejeti zakone in ukrepe za zmanjšanje in preprečevanje gorenja, da se zmanjša emisija N2O iz sežiganja za "čiščenje" območij, za kmetijstvo ali druge namene, pa tudi za nadzor in gašenje požarov. za naravne vzroke. Poleg tega, da predstavlja tveganje nenadzorovanega plamena, ki lahko uniči neizmerno območje, kot se je novembra 2015 zgodilo v kraju Chapada Diamantina, lahko emisije onesnaževalnih in strupenih plinov močno vplivajo na regijo.

Kar zadeva emisije zaradi uporabe biomase za proizvodnjo energije in v pečeh, je izboljšanje tehnik, tako da se porabi manj goriva, z večjo učinkovitostjo in nadomestitev z gorivi, ki ne sproščajo N2O, kot so naftni plini, izvedljiva alternativa. za zmanjšanje emisij N2O s temi viri. V primeru nadomestitve s plini iz nafte bomo imeli problem z emisijami CO2 - morda se zdi noro, vendar je bolje sprostiti CO2 namesto N2O, saj N2O poleg tega, da prispeva k uničenju ozonske plasti, moč, ki zadržuje toploto, 300-krat večja od CO2.

Odplake in ribogojstvo

Kanalizacija in ribogojstvo skupaj predstavljata 4% celotne emisije dušikovega oksida, ki jo povzroči človek. V primerjavi z drugimi viri se morda zdi malo, vendar so vseeno zaskrbljujoči. Odplake so označene kot vsaka zavržena voda, ki vsebuje nečistoče in nečistoče, ki jih je treba obdelati, da ne vplivajo na okolje. Akvakultura je gojenje vodnih organizmov v zaprtih ali nadzorovanih prostorih, kot je gojenje rib za komercializacijo.

Do emisije dušikovega oksida iz odplak lahko pride na dva načina: s kemično in biološko preobrazbo med čiščenjem odplak in z odvajanjem odplak v odplake, pri katerih bodo dušik, ki ga vsebuje visoka koncentracija v odplakah, bakterije preoblikovali v N2O prisotna v pritokih.

Kot pri problemih z gnojili je tudi v ribogojstvu težava velika količina uporabljenega dušika. Velika količina dušika, prisotnega v hrani gojenih organizmov, povzroči visoko vsebnost dušika v vodi, ki se s kemičnim in / ali biološkim postopkom spremeni v dušikov oksid.

Glavno sredstvo za zmanjšanje dušikovega oksida, ki ga oddajajo odplake, so tehnike čiščenja, s čimer se zmanjša količina razredčenega dušika. Nekatere tehnike lahko celo odstranijo približno 80% razredčenega dušika. Sprejeti je treba politike in tehnologije obdelave, da se zmanjšajo emisije dušikovega oksida.

Tehnike v ribogojstvu se lahko uporabljajo tudi za zmanjšanje emisij N2O, kar je lahko: povezovanje kmetijstva in sistema ribogojstva, ponovna uporaba s hranili bogate vode za namakanje nasadov in vodnih rastlin za krmljenje vodnega kmetovanja, povezovanje med vodnimi vrstami, kadar odpadki ene vrste služijo kot hrana drugi, modifikacija in optimizacija hrane in hranilnih snovi s ciljem čim bolj zmanjšati redčenje dušika v mediju.

Učinki, ki jih povzroča uporaba dušikovega oksida, opozarjajo na nekaj pomembnega: planetarne meje. Za boljše razumevanje te teme si oglejte članek: "Kaj so planetarne meje?"