Oxid dusný: plyn emitovaný v poľnohospodárskom sektore zvyšuje skleníkový efekt

Oxid dusný, emitovaný vo významnom množstve v poľnohospodárskom sektore, tiež ničí ozónovú vrstvu

oxid dusný

Obrázok Foto-Rabe z Pixabay

Oxid dusný je bezfarebný nehorľavý plyn pri izbovej teplote a je všeobecne známy ako veselý plyn alebo dusík (NOS). Oxid dusný je plyn, ktorý sa prirodzene vyrába v životnom prostredí a je dôležitý pre klimatickú rovnováhu. Môže sa však tiež priemyselne vyrábať na rôzne účely. Dusík je jedným z najdôležitejších atómov pre suchozemský život a je prítomný v niekoľkých molekulárnych štruktúrach. Prvok dusík (N) je tiež veľmi dôležitou súčasťou atmosféry a prírodných cyklov, ako je napríklad cyklus dusíka.

Oxid dusný (N2O)

Priemysel tvorený dvoma atómami dusíka a jedným z kyslíka, oxidom dusným, sa používa ako:

  • Oxidačné činidlo v raketových motoroch;
  • Optimalizátor spaľovania paliva v motoroch (nitro);
  • Aerosólový propelent;
  • Anestetikum (hlavne v zubnej oblasti, známe ako veselý plyn).

V prírode je dusík prítomný v atmosfére zachytený rastlinami a prevedený na amoniak, ktorý sa bude ukladať v pôde a neskôr ho rastliny využívať. Tento proces sa nazýva fixácia dusíkom. Amoniak uložený v pôde môže podliehať nitrifikačným procesom, ktoré vedú k dusičnanom. Mikroorganizmy prítomné v pôde môžu denitrifikačným procesom transformovať tieto uložené dusičnany na plynný dusík (N2) a oxid dusný (N2O), čím ich emitujú do atmosféry.

Skleníkové plyny

Nasledujúce látky sa považujú za plyny, ktoré majú najväčší podiel na zvýšení skleníkového efektu:

  • Oxid uhličitý (CO2);
  • Vodná para (H2Ov);
  • Metán (CH4);
  • Oxid dusný (N20);
  • CFC (CFxCly).

O CO2 sa veľa hovorí kvôli jeho vysokej koncentrácii v atmosfére a jeho väčšiemu vplyvu na globálne otepľovanie, avšak emisie ďalších uvedených plynov sú tiež veľmi znepokojujúce. Koncentrácia oxidu dusného v atmosfére je čoraz znepokojujúcejšia a sú potrebné kroky na zníženie jeho emisií.

Vplyvy prebytočného oxidu dusného v atmosfére

Rovnako ako všetko v prírode, prebytok niečoho môže zmeniť rovnováhu a stabilitu systému, ba dokonca aj planéty ako celku. Prebytok plynov, napríklad tých, ktoré sa považujú za látky potenciálne spôsobujúce skleníkový efekt, je príkladom vplyvu v globálnych rozmeroch.

Je potrebné vo veľkom rozsahu dosiahnuť industrializáciu a zoskupenie civilizácie v mestách, ako je výroba potravín, podpora veľkého rastu v poľnohospodárstve, hlavne vo výrobe obilnín na výrobu krmív pre zvieratá (viac sa o tejto téme dozviete v záležitosť: Intenzívny chov zvierat na konzumáciu mäsa má dopad na životné prostredie a zdravie spotrebiteľa. “). Pri uspokojení týchto potrieb sa začalo v atmosfére produkovať a emitovať veľa plynov v gigantických rozmeroch, čo spôsobilo ich hromadenie v atmosfére a meniace niekoľko pozemských cyklov, čo tiež ovplyvňuje priemernú teplotu planéty. Jedným z týchto plynov je oxid dusný.

Oxid dusný (N2O) je prítomný v oveľa menších množstvách ako oxid uhličitý (CO2), ale jeho účinok je oveľa väčší. Jeho prítomnosť v troposfére je inertná a prispieva iba k absorpcii tepelnej energie, avšak ak je prítomná v stratosfére, degraduje ozónovú vrstvu. Oxid dusný má vlastnosť zadržiavať teplo v atmosfére asi 300-krát viac ako CO2, to znamená, že jedna molekula oxidu dusného je ekvivalentná 300 molekulám CO2 v atmosfére. Oxid dusný má tiež vplyv na ozónovú vrstvu a prispieva k jej degradácii, pretože zostáva v atmosfére viac ako 100 rokov, kým sa prirodzene nerozloží. Odhaduje sa, že človek emituje 5,3 teragramov (Tg) oxidu dusného za jeden rok (1 Tg sa rovná 1 miliarde kg).

Zdroje emisií

V novembri 2013 zverejnil Program OSN pre životné prostredie (UNEP) správu o oxide dusnom a jeho vplyve na podnebie a ozónovú vrstvu planéty. Podľa správy je oxid dusný tretím plynom emitovaným ľudskou činnosťou, ktorý sa najviac podieľa na globálnom otepľovaní, a plynom s najväčším účinkom na degradáciu ozónovej vrstvy. Z uskutočneného výskumu, ktorý analyzoval koncentráciu plynov prítomných vo vzduchových bublinách zachytených v ľadových stĺpcoch na póloch, bolo urobené porovnanie so súčasnou koncentráciou CO2 (časti na milión - ppm) a N2O (časti na miliardu - ppb) a je nakreslený graf znázorňujúci nárast týchto plynov v priebehu času.

oxid dusný

Zdroj: Čerpanie N2O / unep.org

Po období priemyselnej revolúcie, od 18. storočia, došlo k veľkému nárastu koncentrácií CO2 a N2O. Správa poukazuje na hlavné ľudské zdroje emisií oxidu dusného, ​​ako sú poľnohospodárstvo, priemysel a fosílne palivá, spaľovanie biomasy, splašky a akvakultúra, a súčet posledných troch zdrojov nedosahuje toľko, koľko poľnohospodárstvo emituje oxid dusný.

Emisia N2O

Zdroj: Čerpanie N2O / unep.org

Problém emisií N2O v každom sektore

poľnohospodárstvo

Dusík, nevyhnutný pre výrobu potravín, je životne dôležitým prvkom pre molekulárne štruktúry, ako sú enzýmy, vitamíny, aminokyseliny a dokonca aj pre DNA. Pridávanie dusíka do poľnohospodárstva prostredníctvom hnojív urýchľuje a zvyšuje výnos plantáží, čo však tiež spôsobuje emisie N2O. Odhaduje sa, že asi 1% dusíka aplikovaného do pôdy bude priamo emitovať N2O. 1% sa zdá málo, ale ak sa zamyslíte nad celkovou plochou, ktorú poľnohospodárstvo vo svete zaberá, a počtom ročne použitých hnojív, nemusí to byť až tak málo.

Z odvetví, ktoré emitujú najviac oxidu dusného, ​​je za ročné emisie zodpovedné hlavne poľnohospodárstvo: asi 66% celkových emisií. Pre toto odvetvie sa počítajú nielen priame emisie N2O z aplikácie hnojív, ale aj priame a nepriame emisie z procesu výroby syntetických hnojív, hnoja zvierat, zvierat chovaných na pastvinách, vylúhovania a spracovania hnoja.

Niektoré opatrenia pri aplikácii a manipulácii s hnojivami a hnojom môžu pomôcť tento dopad znížiť:

  • Mechanizmus dodávania hnojiva / hnoja pravidelne testujte, aby ste sa uistili, že aplikácia je presná;
  • Zaistite, aby osoba používajúca hnojivo / hnoj bola dobre vyškolená na aplikáciu potrebného minima;
  • Vykonajte rozbor pôdy na stanovenie požadovaného množstva hnojiva;
  • Snažte sa používať viac hnoja ako anorganických hnojív;
  • Zlepšenie techník manipulácie s hnojom.

Musí sa neustále uskutočňovať výskum zameraný na znižovanie emisií N2O hnojivami a účinnými alternatívnymi prostriedkami.

Fosílne palivo a priemysel

Emisie oxidu dusného v priemysle a vo vozidlách sa vyskytujú dvoma hlavnými spôsobmi. Prvá sa nazýva homogénna reakcia, čo je reakcia reagujúcich látok rovnakého fyzikálneho stavu, napríklad spaľovanie plynného paliva (plyn s plynom). V plynnom palive môže byť prítomnosť dusíkatých zlúčenín, ktoré sa môžu vytvárať pri zahrievaní v spaľovacom procese. Druhé médium sa vyskytuje v heterogénnych reakciách, keď jedným môže byť plyn a druhým tuhá látka, napríklad spaľovaním uhlia alebo tvorbou N20 v automobilových katalyzátoroch.

Lietadlá, ľahké a ťažké vozidlá sú hlavným zdrojom emisií oxidu dusného, ​​aj keď nie sú veľmi dôležité v porovnaní s emisiami CO2, ktoré poskytujú - to nie je ospravedlnením toho, že to nie je znepokojujúca skutočnosť.

V priemysle sú dvoma hlavnými zdrojmi emisií oxidu dusného výroba kyseliny dusičnej (HNO3) a kyseliny adipovej. Kyselina dusičná je kľúčovou prísadou pre výrobu hnojív, pre výrobu kyseliny adipovej, výbušnín a tiež pre spracovanie železných kovov. Viac ako 80% všetkej kyseliny dusičnej vyrobenej na svete je určených na výrobu dusičnanu amónneho a podvojnej soli vápnika a dusičnanu amónneho - 3/4 dusičnanu amónneho sa vracia k výrobe hnojív. Počas syntézy HNO3 môže vznikať N20 ako vedľajší produkt (asi 5 g N20 na každý 1 kg vyrobeného HNO3).

Výroba kyseliny adipovej (C6H10O4) je druhým najväčším zdrojom emisií oxidu dusného v priemyselnom sektore. Prevažná väčšina vyrobenej kyseliny adipovej je určená na výrobu nylonu a používa sa tiež na výrobu kobercov, odevov, pneumatík, farbív a insekticídov.

Už sú k dispozícii technológie na znižovanie emisií N2O pri výrobe kyseliny adipovej, ktoré znižujú asi 90% emisií a tieto technológie používa asi 70% priemyselných odvetví vyrábajúcich kyselinu adipovú.

Spaľovanie biomasy

Spaľovanie biomasy znamená spaľovanie akejkoľvek hmoty rastlinného alebo živočíšneho pôvodu na výrobu energie. Stručne povedané, spaľovanie biomasy sa týka prirodzeného spaľovania alebo z ľudských dôvodov hlavne lesov / dreva a dokonca aj dreveného uhlia.

Priemerné množstvo N2O emitovaného spaľovaním biomasy sa dá ťažko zmerať, pretože veľa závisí od zloženia spaľovaného materiálu, odhaduje sa však, že je tretím najväčším zdrojom emisií oxidu dusného. Väčšina lesných požiarov je spôsobená prírodnými faktormi, ako sú napríklad blesky, ale ľudská činnosť je tiež dosť znepokojujúca. Spaľovanie lesov na podporu poľnohospodárstva a chovu hospodárskych zvierat patrí medzi najväčšie obavy zo spaľovania lesov, prírodnej vegetácie alebo dokonca zvyškov plodín, pretože oheň je lacný a ľahký spôsob čistenia oblastí.

Ďalším znepokojujúcim faktom je použitie dreva a uhlia na výrobu energie a dokonca aj kachlí. V mnohých regiónoch sveta je výroba rastlinnej energie a využitie na niektoré úlohy, napríklad na varenie, veľmi častá a môže byť tiež zdrojom ovplyvňujúcim emisie N2O.

Je potrebné prijať zákony a opatrenia na zníženie a zabránenie horenia, aby sa znížila emisia N2O zo spaľovania na „čistenie“ oblastí, na poľnohospodárstvo alebo na akýkoľvek iný účel, ako aj na kontrolu a hasenie požiaru. z prirodzených príčin. Okrem zaistenia rizika nekontrolovaných plameňov, ktoré môžu zničiť nesmiernu oblasť, ako k tomu došlo v novembri 2015 v oblasti Chapada Diamantina, môžu emisie znečisťujúcich a toxických plynov výrazne ovplyvniť región.

Pokiaľ ide o emisie z využívania biomasy na výrobu energie a v kachliach, životaschopnými alternatívami sú vylepšenia techník, pri ktorých sa spotrebuje menej paliva s vyššou účinnosťou a nahradia sa palivami, ktoré neuvoľňujú N2O, ako sú ropné plyny. na zníženie emisií N2O týmito zdrojmi. V prípade nahradenia plynmi z ropy budeme mať problém s emisiami CO2 - môže sa to zdať šialené, ale je lepšie namiesto N2O uvoľňovať CO2, pretože N2O okrem toho, že prispieva k zničeniu ozónovej vrstvy, má tepelná sila 300-krát vyššia ako CO2.

Odpadové vody a akvakultúra

Odpadové vody a akvakultúra tvoria spolu 4% celkových emisií oxidu dusného spôsobených človekom. Môže sa to zdať málo v porovnaní s ostatnými zdrojmi, ale stále sú to znepokojujúce zdroje. Odpadové vody sú charakterizované ako každá vyradená voda, ktorá obsahuje kontaminanty a nečistoty, ktoré je potrebné čistiť, aby nepôsobili na životné prostredie. Akvakultúra je kultivácia vodných organizmov v obmedzených alebo kontrolovaných priestoroch, napríklad chov rýb na komercializáciu.

Emisia oxidu dusného z odpadových vôd môže prebiehať dvoma spôsobmi: chemickou a biologickou premenou počas čistenia odpadových vôd a vypúšťaním odpadových vôd do odpadových vôd, v ktorých sa dusík obsiahnutý vo vysokej koncentrácii v odpadových vodách transformuje baktériami na N2O prítomné v prítokoch.

Rovnako ako v prípade problému s hnojivami, aj v akvakultúre je problémom vysoké množstvo aplikovaného dusíka. Veľké množstvo dusíka prítomného v potrave kultivovaných organizmov vedie k vysokej hladine dusíka prítomného vo vode, ktorá sa chemickým a / alebo biologickým procesom premení na oxid dusný.

Hlavným prostriedkom na zníženie oxidu dusného emitovaného odpadovými vodami sú techniky úpravy, a teda znižovanie množstva zriedeného dusíka. Niektoré techniky môžu dokonca odstrániť asi 80% zriedeného dusíka. Na zníženie emisií oxidu dusného je potrebné prijať a zaviesť politiky a technológie spracovania.

Na minimalizáciu emisií N2O možno použiť aj techniky akvakultúry, ktoré môžu byť: integrácia poľnohospodárstva a akvakultúry, opätovné použitie vody bohatej na živiny na zavlažovanie plantáží a vodné rastliny na výživu vodného poľnohospodárstva, integrácia medzi vodnými druhmi, keď odpad z jedného druhu slúži ako potrava pre druhý, modifikácia a optimalizácia potravy a živín s cieľom minimalizovať zriedenie dusíka v médiu.

Vplyvy spôsobené používaním oxidu dusného upozorňujú na niečo dôležité: planetárne limity. Pre lepšie pochopenie tejto témy si pozrite článok: „Čo sú to planetárne limity?“


Original text