Lustgas: gas som släpps ut från jordbrukssektorn ökar växthuseffekten

Kväveoxid, som släpps ut i betydande mängder av jordbrukssektorn, förstör också ozonskiktet

dikväveoxid

BIld av Foto-Rabe från Pixabay

Lustgas är en färglös, icke-brandfarlig gas vid rumstemperatur och är allmänt känd som lustig eller nitrogas (NOS). Lustgas är en gas som produceras naturligt i miljön och viktig för klimatbalansen, men den kan också produceras industriellt för flera applikationer. Kväve är en av de viktigaste atomerna för markliv och finns i flera molekylära strukturer. Elementet kväve (N) är också en mycket viktig del av atmosfären och de naturliga cyklerna, såsom kvävecykeln.

Lustgas (N2O)

Bildad av två kväveatomer och en syre, dikväveoxid, används av industrin som:

  • Oxiderande medel i raketmotorer;
  • Optimizer för bränsleförbränning i motorer (nitro);
  • Aerosoldrivmedel;
  • Bedövningsmedel (huvudsakligen inom tandvårdsfältet, känt som rolig gas).

I naturen fångas kvävet i atmosfären av växter och omvandlas till ammoniak, som kommer att deponeras i jorden och användas senare av växterna. Denna process kallas kvävefixering. Ammoniak som deponeras i jorden kan genomgå nitrifikationsprocesser, vilket resulterar i nitrater. De mikroorganismer som finns i jorden kan omvandla dessa avsatta nitrater till gasformigt kväve (N2) och dikväveoxid (N2O) genom denitrifieringsprocessen och därmed släppa ut dem i atmosfären.

Växthusgaser

Följande betraktas som gaser med störst bidrag till ökningen av växthuseffekten:

  • Koldioxid (CO2);
  • Vattenånga (H2Ov);
  • Metan (CH4);
  • Lustgas (N2O);
  • CFC (CFxCly).

Mycket sägs om koldioxid på grund av dess höga koncentration i atmosfären och dess större inverkan på den globala uppvärmningen, men utsläppen av de andra listade gaserna är också mycket oroande. Koncentrationen av dikväveoxid i atmosfären har blivit allt mer oroande, vilket gör åtgärder nödvändiga för att minska dess utsläpp.

Effekter av överskott av lustgas i atmosfären

Liksom allt i naturen kan överflödet av något förändra balans och stabilitet i ett system, och till och med planeten som helhet. Överskottet av gaser, som de som potentiellt kan orsaka växthuseffekten, är ett exempel på en påverkan i globala proportioner.

Industrialisering och grupperingen av civilisationen i genererade städer måste tillgodoses i stor skala, såsom livsmedelsproduktion, vilket främjar en stor tillväxt inom jordbruket, främst inom produktion av korn för tillverkning av djurfoder (läs mer om detta ämne i materia: Intensiv avel av djur för köttkonsumtion har inverkan på miljön och konsumenternas hälsa "). Med dessa behov uppfyllda började många gaser produceras och släppas ut i atmosfären i gigantiska proportioner, vilket orsakar deras ansamling i atmosfären och ändra flera terrestriska cykler, vilket också påverkar planetens medeltemperatur. En av dessa gaser är dikväveoxid.

Lustgas (N2O) finns i mycket mindre proportioner än koldioxid (CO2), men dess effekt är mycket större. Dess närvaro i troposfären är inert och bidrar bara till absorptionen av termisk energi, men när den finns i stratosfären bryts ned ozonskiktet. Lustgas har den egenskapen att behålla värmen i atmosfären cirka 300 gånger större än CO2, det vill säga en molekyl kväveoxid motsvarar 300 molekyler CO2 i atmosfären. Lustgas har också en inverkan på ozonskiktet, vilket bidrar till dess nedbrytning, eftersom det förblir över 100 år i atmosfären tills det naturligt bryts ned. Det uppskattas att 5,3 teragram (Tg) av dikväveoxid släpps ut av människan på ett år (1 Tg motsvarar 1 miljard kg).

Utsläppskällor

I november 2013 publicerade FN: s miljöprogram (UNEP) en rapport om lustgas och dess inverkan på planetens klimat och ozonskikt. Enligt rapporten är dikväveoxid den tredje gasen, som släpps ut av mänskliga aktiviteter, vilket bidrar mest till den globala uppvärmningen och den gas som har störst effekt på nedbrytningen av ozonskiktet. Från genomförd forskning, analys av koncentrationen av gaser som finns i luftbubblor som fångats i ispelare vid polerna, gjordes en jämförelse med den nuvarande koncentrationen av CO2 (delar per miljon - ppm) och N2O (delar per miljard - ppb) och en graf ritas som visar ökningen av dessa gaser över tiden.

dikväveoxid

Källa: Drawing Down N2O / unep.org

Koncentrationerna av CO2 och N2O ökar kraftigt efter den industriella revolutionens period, från 1700-talet och framåt. Rapporten pekar på de huvudsakliga mänskliga källorna till kväveoxidutsläpp som jordbruk, industri och fossila bränslen, biomassa, avloppsvatten och vattenbruk, och summan av de tre sista källorna når inte hur mycket jordbruket släpper ut dikväveoxid.

N2O-utsläpp

Källa: Drawing Down N2O / unep.org

Problemet med N2O-utsläpp i varje sektor

Lantbruk

Kväve, väsentligt för livsmedelsproduktion, är ett viktigt element för molekylära strukturer som enzymer, vitaminer, aminosyror och till och med för DNA. Tillsatsen av kväve i jordbruket genom gödselmedel accelererar och ökar utbytet av plantager, men detta orsakar också utsläpp av N2O. Det uppskattas att cirka 1% av kvävet som appliceras på en jord kommer att direkt avge N2O. 1% verkar lite, men om du tänker på jordens totala areal i världen och mängden gödselmedel som används årligen kanske det inte är så lite.

Bland de sektorer som mest släpper ut dikväveoxid är jordbruk huvudansvarig för den årliga utsläppen: cirka 66% av den totala utsläppen. För denna sektor räknas inte bara den direkta utsläppen av N2O från appliceringen av gödselmedel utan också de direkta och indirekta utsläppen från produktionsprocessen av syntetisk gödsel, djurgödsel, djur som odlas i betesmark, läckage och hantering av gödsel.

Vissa åtgärder vid applicering och hantering av gödsel och gödsel kan bidra till att minska denna påverkan:

  • Testa regelbundet leveransmekanismen för gödsel för att säkerställa att appliceringen är korrekt;
  • Se till att personen som applicerar gödselmedlet / gödseln är välutbildad för att tillämpa det minsta som krävs.
  • Genomföra markanalys för att fastställa den nödvändiga mängden gödselmedel;
  • Försök att använda mer gödsel än oorganiska gödselmedel;
  • Förbättring av gödselhanteringstekniker.

Forskning för att minska N2O-utsläpp från gödselmedel och effektiva alternativa medel måste genomföras ständigt.

Fossilt bränsle och industri

Utsläppen av dikväveoxid från industrier och fordon sker på två huvudsakliga sätt. Den första kallas en homogen reaktion, vilket är när reagens med samma fysiska tillstånd reagerar, ett exempel är förbränning av gasformigt bränsle (gas med gas). I gasformigt bränsle kan det finnas närvaro av kväveföreningar, som kan genereras under uppvärmning i förbränningsprocessen. Det andra mediet förekommer i heterogena reaktioner, där den ena kan vara en gas och den andra en fast substans, ett exempel är förbränning av kol eller bildandet av N2O i bilkatalysatorer.

Flygplan, lätta och tunga fordon är de viktigaste källorna till kväveoxidutsläpp, även om de inte är särskilt relevanta jämfört med de koldioxidutsläpp de ger - detta är ingen ursäkt för att inte vara ett oroande faktum.

Inom branschen är de två huvudsakliga källorna till kväveoxidutsläpp produktion av salpetersyra (HNO3) och adipinsyra. Salpetersyra är en viktig ingrediens för produktion av gödselmedel, för produktion av adipinsyra, sprängämnen och även för bearbetning av järnmetaller. Mer än 80% av all salpetersyra som produceras i världen är avsedd för produktion av ammoniumnitrat och dubbelsalt av kalcium och ammoniumnitrat - 3/4 av ammoniumnitratet går tillbaka till produktionen av gödselmedel. Under syntesen av HNO3 kan N2O bildas som en mindre reaktionsprodukt (cirka 5 g N2O för varje 1 kg producerad HNO3).

Produktionen av adipinsyra (C6H10O4) är den näst största källan till kväveoxidutsläpp i branschen. De allra flesta producerade adipinsyrorna är avsedda för produktion av nylon och används också vid tillverkning av mattor, kläder, däck, färgämnen och insektsmedel.

Teknik för att minska N2O-utsläppen i adipinsyraproduktion finns redan, vilket minskar cirka 90% av utsläppen, och cirka 70% av adipinsyraindustrin använder dessa tekniker.

Biomassa brinner

Att bränna biomassa betyder att man bränner alla ämnen av vegetabiliskt eller animaliskt ursprung för energiproduktion. Kort sagt, avbränning av biomassa avser naturlig förbränning eller av mänskliga orsaker, främst av skog / ved och till och med kol.

Den genomsnittliga mängden N2O som släpps ut genom förbränning av biomassa är svår att mäta, eftersom det beror mycket på sammansättningen av materialet som bränns, men det uppskattas att det är den tredje största källan till kväveoxidutsläpp. De flesta skogsbränder orsakas av naturliga faktorer, såsom blixtnedslag, men mänsklig handling är också ganska oroande. Brinnande skogar för att främja jordbruk och boskap är bland de största bekymmerna om att bränna skogar, naturlig vegetation eller till och med skördrester, eftersom eld är ett billigt och enkelt sätt att rensa områden.

Ett annat oroande faktum är användningen av trä och kol för att generera energi och till och med kaminer. I många regioner i världen är generering av vegetabilisk energi och användning för vissa uppgifter, såsom matlagning, mycket vanligt och kan också vara en påverkande källa vid utsläpp av N2O.

Lagar och åtgärder för att minska och förhindra bränning måste vidtas för att minska utsläppen av N2O från förbränning för "rengöring" av områden, för jordbruk eller någon annan typ av syfte, samt kontroll och brandbekämpning för naturliga orsaker. Förutom att ge risken för okontrollerade flammor, som kan förstöra ett enormt område, som inträffade i november 2015 i Chapada Diamantina, kan utsläpp av förorenande och giftiga gaser i hög grad påverka regionen.

Beträffande utsläpp från användning av biomassa för produktion av energi och i kaminer är förbättringen av tekniker så att mindre bränsle används, med större effektivitet och ersättning av bränslen som inte släpper ut N2O, såsom petroleumgaser, livskraftiga alternativ för minskning av N2O-utsläpp från dessa källor. När det gäller att ersätta med gaser från petroleum kommer vi att ha problemet med koldioxidutsläpp - det kan tyckas galet, men det är bättre att släppa ut CO2 i stället för N2O, eftersom N2O, förutom att bidra till förstörelsen av ozonskiktet, har en värmehållfasthet 300 gånger större än CO2.

Avlopp och vattenbruk

Tillsammans utgör avloppsvatten och vattenbruk 4% av den totala kväveoxidutsläppen som orsakas av människan. Det kan tyckas lite jämfört med andra källor, men de är ändå oroande. Avlopp karakteriseras som allt kasserat vatten som innehåller föroreningar och föroreningar som behöver behandlas för att inte påverka miljön. Vattenbruk är odling av vattenorganismer i trånga eller kontrollerade utrymmen, såsom att odla fisk för kommersialisering.

Utsläppen av dikväveoxid genom avloppet kan ske på två sätt: genom kemisk och biologisk omvandling under avloppsreningen och genom utsläpp av avloppsvatten till rikedomar, i vilka kvävet, som finns i en hög koncentration i avloppsvattnet, kommer att omvandlas till N2O av bakterier närvarande i bifloderna.

Precis som med gödningsmedelsproblemet är problemet i vattenbruk den höga kväve som appliceras. Den stora mängden kväve som finns i maten från odlade organismer resulterar i höga kvävehalter i vattnet, som kommer att omvandlas till kväveoxid genom kemisk och / eller biologisk process.

Det huvudsakliga sättet att reducera dikväveoxid som släpps ut av avloppsvatten är behandlingstekniker, vilket minskar mängden utspätt kväve. Vissa tekniker kan till och med ta bort cirka 80% av det utspädda kvävet. Behandlingspolicy och teknik måste antas och upprättas för att minska utsläppen av lustgas.

Vattenbrukstekniker kan också användas för att minimera N2O-utsläpp, vilket kan vara: integration av jordbruk och vattenbruk, återanvändning av näringsrikt vatten för att bevattna plantagen och vattenväxter för att mata vattenbruk, integration mellan vattenlevande arter, när avfallet från en art fungerar som föda för den andra, modifiering och optimering av mat och näringsämnen, i syfte att minimera utspädningen av kväve i mediet.

Effekterna orsakade av användningen av dikväveoxid uppmärksammar något viktigt: planetens gränser. För att bättre förstå detta tema, ta en titt på artikeln: "Vad är planetgränser?"


Original text