Dušikov oksid, koji u značajnim količinama emitira poljoprivredni sektor, također uništava ozonski omotač

Slika Foto-Rabe s Pixabay

Dušikov oksid je bezbojni, nezapaljivi plin na sobnoj temperaturi, a nadaleko je poznat kao urnebesni ili nitro plin (NOS). Dušikov oksid je plin koji se prirodno proizvodi u okolišu i važan je za klimatsku ravnotežu, no može se proizvesti i industrijski za nekoliko primjena. Dušik je jedan od najvažnijih atoma za kopneni život i prisutan je u nekoliko molekularnih struktura. Element dušik (N) također je vrlo važan dio atmosfere i prirodnih ciklusa, poput ciklusa dušika.

Dušikov oksid (N2O)

Stvoren od dva atoma dušika i jednog kisika, dušikova oksida, koristi se u industriji kao:

Oksidirajuće sredstvo u raketnim motorima;
Optimizator za sagorijevanje goriva u motorima (nitro);
Aerosolni potisni plin;
Anestetik (uglavnom u zubnom polju, poznat kao urnebesni plin).

U prirodi dušik prisutan u atmosferi biljke hvataju i pretvaraju u amonijak koji će se taložiti u tlu i biljke kasnije koristiti. Taj se proces naziva fiksiranje dušikom. Amonijak taložen u tlu može proći postupak nitrifikacije što rezultira nitratima. Mikroorganizmi prisutni u tlu mogu postupkom denitrifikacije transformirati te taložene nitrate u plinoviti dušik (N2) i dušikov oksid (N2O), emitirajući ih u atmosferu.

Staklenički plinovi

Plinovima koji imaju najveći doprinos povećanju efekta staklenika smatraju se:

Ugljični dioksid (CO2);
Vodena para (H2Ov);
Metan (CH4);
Dušikov oksid (N2O);
CFC (CFxCly).

O CO2 se puno govori zbog njegove visoke koncentracije u atmosferi i većeg utjecaja na globalno zatopljenje, međutim emisija ostalih nabrojanih plinova također je vrlo zabrinjavajuća. Koncentracija dušikovog oksida u atmosferi postaje sve zabrinjavajuća, poduzimajući mjere potrebne za smanjenje njegovih emisija.

Utjecaj viška dušikovog oksida u atmosferi

Kao i sve u prirodi, višak nečega može promijeniti ravnotežu i stabilnost sustava, pa čak i planeta u cjelini. Višak plinova, poput onih za koje se smatra da potencijalno uzrokuju efekt staklenika, primjer je utjecaja u globalnim razmjerima.

Industrijalizacija i civilizacijsko grupiranje u generiranim gradovima moraju se zadovoljiti u velikim razmjerima, poput proizvodnje hrane, promičući veliki rast u poljoprivredi, uglavnom u proizvodnji žitarica za proizvodnju stočne hrane (više o ovoj temi saznajte u tvar: Intenzivni uzgoj životinja za konzumaciju mesa utječe na okoliš i zdravlje potrošača "). Kad su se te potrebe zadovoljile, mnogi su se plinovi počeli stvarati i ispuštati u atmosferu u golemim razmjerima, uzrokujući tako njihovo nakupljanje u atmosferi i mijenja nekoliko zemaljskih ciklusa, utječući i na prosječnu temperaturu planeta.Jedan od tih plinova je dušikov oksid.

Dušikov oksid (N2O) prisutan je u znatno manjim omjerima od ugljičnog dioksida (CO2), ali je njegov učinak mnogo veći. Njegova je prisutnost u troposferi inertna, pridonoseći samo apsorpciji toplinske energije, međutim, kada je prisutna u stratosferi, razgrađuje ozonski omotač. Dušikov oksid ima svojstvo zadržavanja topline u atmosferi oko 300 puta veće od CO2, odnosno jedna molekula dušikovog oksida ekvivalentna je 300 molekula CO2 u atmosferi. Dušikov oksid također ima utjecaj na ozonski omotač, pridonoseći njegovoj razgradnji, i ostaje preko 100 godina u atmosferi dok se prirodno ne razgradi. Procjenjuje se da čovjek u jednoj godini emitira 5,3 teragrama (Tg) dušikovog oksida (1 Tg je ekvivalent 1 milijardi kg).

Izvori emisija

U studenom 2013., Program Ujedinjenih naroda za okoliš (UNEP) objavio je izvještaj o dušikovom oksidu i njegovom utjecaju na klimu i ozonski omotač planeta. Prema izvješću, dušikov oksid je treći plin koji se emitira ljudskim aktivnostima, a koji najviše doprinosi globalnom zatopljenju, i plin s najvećim učinkom na razgradnju ozonskog omotača. Iz provedenog istraživanja, analizirajući koncentraciju plinova prisutnih u mjehurićima zraka zarobljenim u ledenim stupcima na polovima, napravljena je usporedba s trenutnom koncentracijom CO2 (dijelovi na milijun - ppm) i N2O (dijelovi na milijardu - ppb) i nacrtan je graf koji pokazuje porast tih plinova tijekom vremena.

Izvor: Crtanje dolje N2O / unep.org

Veliki je porast koncentracija CO2 i N2O nakon razdoblja industrijske revolucije, od 18. stoljeća nadalje. Izvješće ukazuje na glavne ljudske izvore emisija dušikovog oksida kao što su poljoprivreda, industrija i fosilno gorivo, izgaranje biomase, kanalizacija i akvakultura, pri čemu zbroj posljednja tri izvora ne doseže u mjeri u kojoj poljoprivreda emitira dušikov oksid.

Izvor: Crtanje dolje N2O / unep.org

Problem emisija N2O u svakom sektoru

Poljoprivreda

Dušik, neophodan za proizvodnju hrane, vitalni je element za molekularne strukture poput enzima, vitamina, aminokiselina, pa čak i za DNK. Dodatak dušika u poljoprivredi, putem gnojiva, ubrzava i povećava prinos nasada, međutim to također uzrokuje emisiju N2O. Procjenjuje se da će oko 1% dušika primijenjenog na tlo izravno emitirati N2O. 1% čini se malo, ali ako razmislite o ukupnoj površini koju poljoprivreda zauzima u svijetu i količini gnojiva koja se koriste godišnje, to možda neće biti tako malo.

Među sektorima koji najviše emitiraju dušikov oksid, poljoprivreda je glavni uzročnik godišnje emisije: oko 66% ukupne emisije. Za ovaj sektor ne računa se samo izravna emisija N2O od primjene gnojiva, već i izravne i neizravne emisije iz procesa proizvodnje sintetičkih gnojiva, stajskog gnoja, životinja uzgajanih na pašnjacima, ispiranja i upravljanja stajskim gnojem.

Neke mjere u primjeni i rukovanju gnojivima i gnojem mogu pomoći u smanjenju ovog utjecaja:

Redovito testirajte mehanizam za raspodjelu gnojiva / stajskog gnoja kako biste bili sigurni da je primjena točna;
Osigurajte da je osoba koja unosi gnojivo / gnoj dobro osposobljena za primjenu minimuma;
Provesti analizu tla kako bi se utvrdila potrebna količina gnojiva;
Pokušajte koristiti više gnoja nego anorganskih gnojiva;
Poboljšanje tehnika rukovanja stajskim gnojem.

Stalno se moraju provoditi istraživanja za smanjenje emisija N2O gnojivima i učinkovita alternativna sredstva.

Fosilno gorivo i industrija

Emisije dušikovog oksida u industriji i vozilima javljaju se na dva glavna načina. Prva se naziva homogena reakcija, a to je kada reagiraju reagensi istog agregatnog stanja, primjer je izgaranje plinovitog goriva (plin s plinom). U plinovitom gorivu može biti prisutno dušikovih spojeva koji se mogu stvoriti tijekom zagrijavanja u procesu izgaranja. Drugi medij javlja se u heterogenim reakcijama, gdje jedan može biti plin, a drugi čvrsta supstanca, primjer je sagorijevanje ugljena ili stvaranje N2O u automobilskim katalizatorima.

Zrakoplovi, laka i teška vozila glavni su izvori emisija dušikovog oksida, iako nisu previše relevantni u usporedbi s emisijama CO2 koje pružaju - to nije opravdanje da nije zabrinjavajuća činjenica.

Dva glavna izvora emisije dušikovog oksida u industriji su proizvodnja dušične kiseline (HNO3) i adipinske kiseline. Dušična kiselina je ključni sastojak za proizvodnju gnojiva, za proizvodnju adipinske kiseline, eksploziva i za preradu željeznih metala. Više od 80% sve dušične kiseline proizvedene u svijetu namijenjeno je proizvodnji amonijevog nitrata i dvostruke soli kalcija i amonijevog nitrata - 3/4 amonijevog nitrata vraća se u proizvodnju gnojiva. Tijekom sinteze HNO3, N2O može nastati kao sporedni produkt reakcije (oko 5 g N2O na svakih 1 kg proizvedenog HNO3).

Proizvodnja adipinske kiseline (C6H10O4) drugi je najveći izvor emisija dušikovog oksida u industrijskom sektoru. Velika većina proizvedene adipinske kiseline namijenjena je proizvodnji najlona, a koristi se i u proizvodnji tepiha, odjeće, guma, boja i insekticida.

Sada su dostupne tehnologije za smanjenje emisije N2O u proizvodnji adipinske kiseline, smanjujući oko 90% emisija, a približno 70% industrija proizvodnje adipinske kiseline primjenjuje ove tehnologije.

Spaljivanje biomase

Izgaranje biomase znači sagorijevanje bilo kojeg biljnog ili životinjskog podrijetla za proizvodnju energije. Ukratko, sagorijevanje biomase odnosi se na prirodno sagorijevanje ili za ljudske uzroke, uglavnom šuma / drva, pa čak i ugljena.

Prosječnu količinu N2O koji se emitira izgaranjem biomase teško je izmjeriti, jer uvelike ovisi o sastavu izgaranog materijala, ali procjenjuje se da je to treći najveći izvor emisije dušikovog oksida. Većinu šumskih požara uzrokuju prirodni čimbenici, poput munje, ali ljudsko djelovanje također je prilično zabrinjavajuće. Spaljivanje šuma radi unapređenja poljoprivrede i stočarstva među najvećim je brigama zbog paljenja šuma, prirodne vegetacije ili čak ostataka usjeva, jer je vatra jeftin i jednostavan način čišćenja područja.

Druga zabrinjavajuća činjenica je upotreba drva i ugljena za proizvodnju energije, pa čak i peći. U mnogim regijama svijeta proizvodnja biljne energije i uporaba za neke zadatke, poput kuhanja, vrlo je česta, a može biti i utjecajni izvor emisije N2O.

Moraju se poduzeti zakoni i radnje za smanjenje i sprečavanje izgaranja kako bi se smanjila emisija N2O od izgaranja za "čišćenje" područja, za poljoprivredu ili bilo koju drugu svrhu, kao i za kontrolu i gašenje požara iz prirodnih razloga. Osim što pruža rizik od nekontroliranog plamena, koji može opustošiti ogromno područje, kao što se dogodilo u studenom 2015. u Chapadi Diamantina, emisija zagađujućih i otrovnih plinova može uvelike utjecati na regiju.

Što se tiče emisije korištenjem biomase za proizvodnju energije i peći, poboljšanje tehnika tako da se koristi manje goriva, s većom učinkovitošću i zamjena gorivima koja ne oslobađaju N2O, poput naftnih plinova, predstavljaju održivu alternativu za smanjenje emisije N2O tim izvorima. U slučaju zamjene plinovima iz nafte imat ćemo problem emisije CO2 - može se činiti ludim, ali bolje je oslobađati CO2 umjesto N2O, jer N2O, osim što doprinosi uništavanju ozonskog sloja, ima i snaga zadržavanja topline 300 puta veća od CO2.

Kanalizacija i akvakultura

Kanalizacija i akvakultura zajedno čine 4% ukupne emisije dušikovog oksida koju uzrokuje čovjek. Možda se čini malo u usporedbi s ostalim izvorima, ali svejedno su zabrinjavajući izvori. Kanalizacija je karakterizirana kao svaka odbačena voda koja sadrži onečišćenja i nečistoće koje je potrebno tretirati kako ne bi utjecala na okoliš. Akvakultura je uzgoj vodenih organizama u zatvorenim ili kontroliranim prostorima, poput uzgoja ribe radi komercijalizacije.

Emisija dušikovog oksida kanalizacijom može se dogoditi na dva načina: kemijskom i biološkom transformacijom tijekom pročišćavanja kanalizacije i ispuštanjem kanalizacije u otpadne tvari, u kojima će dušik, sadržan u visokoj koncentraciji u kanalizaciji, bakterija pretvoriti u N2O prisutan u pritokama.

Kao i kod problema s gnojivom, i u akvakulturi je problem velika količina primijenjenog dušika. Velika količina dušika prisutna u hrani uzgajanih organizama rezultira visokom razinom dušika prisutnog u vodi, koji će se kemijskim i / ili biološkim postupkom pretvoriti u dušikov oksid.

Glavno sredstvo za smanjenje dušikovog oksida koji ispuštaju otpadne vode su tehnike obrade, čime se smanjuje količina razrijeđenog dušika. Neke tehnike mogu čak ukloniti oko 80% razrijeđenog dušika. Moraju se usvojiti i uspostaviti politike i tehnologije za tretman kako bi se smanjile emisije dušikovog oksida.

Tehnike u akvakulturi također se mogu primijeniti za smanjenje emisije N2O, što može biti: integracija poljoprivrede i sustava akvakulture, ponovna upotreba vode bogate hranjivim tvarima za navodnjavanje plantaža i vodenih biljaka za hranjenje uzgoja u vodi, integracija vodenih vrsta, kada otpad jedne vrste služi kao hrana drugoj, modifikacija i optimizacija hrane i hranjivih sastojaka, s ciljem smanjenja razrjeđivanja dušika u mediju.

Utjecaji uzrokovani uporabom dušikovog oksida skreću pozornost na nešto važno: planetarne granice. Da biste bolje razumjeli ovu temu, pogledajte članak: "Što su planetarne granice?"