Закись азота: газ, выделяемый сельскохозяйственным сектором, увеличивает парниковый эффект

Закись азота, в значительных количествах выбрасываемая сельскохозяйственным сектором, также разрушает озоновый слой.

оксид азота

Изображение Photo-Rabe от Pixabay

Закись азота - это бесцветный негорючий газ при комнатной температуре, обычно известный как веселящий газ или нитро (БДУ). Закись азота - это газ, который естественным образом образуется в окружающей среде и важен для климатического баланса, однако он также может производиться в промышленных масштабах для нескольких применений. Азот - один из самых важных атомов для земной жизни и присутствует в нескольких молекулярных структурах. Элемент азот (N) также является очень важной частью атмосферы и природных циклов, таких как цикл азота.

Закись азота (N2O)

Образованный двумя атомами азота и одним кислородом, закисью азота, он используется в промышленности как:

  • Окислитель в ракетных двигателях;
  • Оптимизатор сжигания топлива в двигателях (нитро);
  • Пропеллент аэрозольный;
  • Анестетик (в основном в стоматологии, известный как веселящий газ).

В природе азот, присутствующий в атмосфере, улавливается растениями и превращается в аммиак, который откладывается в почве и позже используется растениями. Этот процесс называется азотфиксацией. Аммиак, попавший в почву, может подвергаться процессам нитрификации, в результате чего образуются нитраты. Микроорганизмы, присутствующие в почве, могут преобразовывать эти осажденные нитраты в газообразный азот (N2) и закись азота (N2O) в процессе денитрификации, выбрасывая их в атмосферу.

Парниковые газы

Следующие газы считаются газами с наибольшим вкладом в увеличение парникового эффекта:

  • Углекислый газ (CO2);
  • Водяной пар (H2Ov);
  • Метан (CH4);
  • Закись азота (N2O);
  • ХФУ (CFxCly).

Много говорится о CO2 из-за его высокой концентрации в атмосфере и его большего влияния на глобальное потепление, но выброс других перечисленных газов также вызывает серьезное беспокойство. Концентрация закиси азота в атмосфере вызывает все большее беспокойство, что требует принятия необходимых мер для сокращения ее выбросов.

Воздействие избытка закиси азота на атмосферу

Как и все в природе, избыток чего-либо может изменить баланс и стабильность системы и даже планеты в целом. Избыток газов, например тех, которые считаются потенциально вызывающими парниковый эффект, является примером воздействия глобального масштаба.

Индустриализация и объединение цивилизации в города породили потребности, которые необходимо удовлетворять в больших масштабах, например, в производстве продуктов питания, способствуя значительному росту сельского хозяйства, особенно в производстве зерна для производства кормов для животных (подробнее об этой теме см. статья: Интенсивное животноводство для потребления мяса оказывает влияние на окружающую среду и на здоровье потребителей ". Когда эти потребности были удовлетворены, многие газы начали вырабатываться и выбрасываться в атмосферу в гигантских масштабах, вызывая их накопление в атмосфере и изменяя несколько земных циклов. , также влияющий на среднюю температуру планеты.Один из этих газов - закись азота.

Закись азота (N2O) присутствует в гораздо меньших количествах, чем углекислый газ (CO2), но ее действие намного больше. Его присутствие в тропосфере инертно, способствуя только поглощению тепловой энергии, однако, когда оно присутствует в стратосфере, оно разрушает озоновый слой. Закись азота имеет свойство удерживать тепло в атмосфере примерно в 300 раз больше, чем СО2, то есть одна молекула закиси азота эквивалентна 300 молекулам СО2 в атмосфере. Закись азота также влияет на озоновый слой, способствуя его деградации, и остается в атмосфере более 100 лет, прежде чем разложится естественным путем. По оценкам, за один год люди выбрасывают 5,3 тераграмма (Тг) закиси азота (1 Тг эквивалентно 1 миллиарду кг).

источники выбросов

В ноябре 2013 года Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП) опубликовала отчет о закиси азота и ее влиянии на климат и озоновый слой планеты. Согласно отчету, закись азота является третьим газом, выбрасываемым в результате деятельности человека, который больше всего способствует глобальному потеплению, и газом, оказывающим наибольшее влияние на деградацию озонового слоя. На основе проведенных исследований по анализу концентрации газов, присутствующих в пузырьках воздуха, задержанных в ледяных столбах на полюсах, было проведено сравнение с текущей концентрацией CO2 (частей на миллион - ppm) и N2O (частей на миллиард - ppb) и построен график, показывающий увеличение содержания этих газов с течением времени.

оксид азота

Источник: Drawing Down N2O / unep.org

Значительное увеличение концентрации CO2 и N2O можно увидеть сразу после периода промышленной революции, начиная с 18 века. В отчете указываются основные антропогенные источники выбросов закиси азота, такие как сельское хозяйство, промышленность и ископаемое топливо, сжигание биомассы, сточные воды и аквакультура, а сумма последних трех источников не достигает количества выбросов закиси азота от сельского хозяйства.

Выбросы N2O

Источник: Drawing Down N2O / unep.org

Проблема выбросов N2O в каждом секторе

сельское хозяйство

Азот, необходимый для производства продуктов питания, является жизненно важным элементом для молекулярных структур, таких как ферменты, витамины, аминокислоты и даже ДНК. Добавление азота в сельское хозяйство посредством удобрений ускоряет и увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур, однако это также вызывает выбросы N2O. По оценкам, около 1% азота, внесенного в почву, будет напрямую выделять N2O. 1% кажется низким, но если вы думаете об общей площади, которую сельское хозяйство занимает в мире, и количестве удобрений, используемых ежегодно, он может быть не таким уж маленьким.

Среди секторов, которые больше всего выбрасывают закись азота, сельское хозяйство является основным источником ежегодных выбросов: около 66% от общего объема выбросов. Для этого сектора учитываются не только прямые выбросы N2O от внесения удобрений, но также прямые и косвенные выбросы от процесса производства синтетических удобрений, навоза, животных, выращиваемых на пастбищах, выщелачивания и использования навоза.

Некоторые меры по внесению удобрений и навоза и обращению с ними могут помочь снизить это воздействие:

  • Регулярно проверяйте механизм распределения удобрений / навоза, чтобы гарантировать точность внесения;
  • Убедитесь, что лицо, вносящее удобрения / навоз, хорошо обучено вносить как можно меньше;
  • Провести анализ почвы, чтобы установить необходимое количество удобрений;
  • Старайтесь использовать больше навоза, чем неорганических удобрений;
  • Совершенствование методов обработки навоза.

Исследования по снижению выбросов N2O с помощью удобрений и эффективных альтернативных средств должны проводиться постоянно.

Промышленность и ископаемое топливо

Выбросы закиси азота промышленными предприятиями и транспортными средствами происходят двумя основными способами. Первая называется гомогенной реакцией, когда реагируют реагенты одного и того же физического состояния, примером является сжигание газообразного топлива (газ с газом). В газообразном топливе могут присутствовать соединения азота, которые могут образовываться при нагревании в процессе сгорания. Вторая среда возникает в гетерогенных реакциях, одна из которых может быть газом, а другая - твердым, примером является сжигание угля или образование N2O в автомобильных катализаторах.

Самолеты, легкие и тяжелые транспортные средства являются основными источниками выбросов закиси азота, хотя они не очень важны по сравнению с выбросами CO2, которые они обеспечивают - это не оправдание для того, чтобы не вызывать беспокойства.

В промышленности двумя основными источниками выбросов закиси азота являются производство азотной кислоты (HNO3) и адипиновой кислоты. Азотная кислота считается ключевым ингредиентом для производства удобрений, адипиновой кислоты, взрывчатых веществ, а также для обработки черных металлов. Более 80% всей производимой в мире азотной кислоты идет на производство нитрата аммония и двойной соли нитрата аммония и кальция - 3/4 нитрата аммония возвращается на производство удобрений. Во время синтеза HNO3 N2O может образовываться как второстепенный продукт реакции (около 5 г N2O на каждый 1 кг произведенной HNO3).

Производство адипиновой кислоты (C6H10O4) является вторым по величине источником выбросов закиси азота в промышленном секторе. Подавляющее большинство производимой адипиновой кислоты предназначено для производства нейлона, а также используется в производстве ковров, одежды, шин, красителей и инсектицидов.

В настоящее время доступны технологии уменьшения выбросов N2O при производстве адипиновой кислоты, снижающие примерно 90% выбросов, и примерно 70% предприятий по производству адипиновой кислоты применяют эти технологии.

сжигание биомассы

Сжигание биомассы означает сжигание любого материала растительного или животного происхождения для производства энергии. Короче говоря, сжигание биомассы означает сжигание естественным путем или в результате деятельности человека, в основном лесов / лесов и даже древесного угля.

Среднее количество N2O, выбрасываемого при сжигании биомассы, трудно измерить, поскольку оно во многом зависит от состава сжигаемого материала, но, по оценкам, это третий по величине источник выбросов закиси азота. Большинство лесных пожаров вызываются природными факторами, такими как молния, но действия человека также вызывают серьезное беспокойство. Сжигание лесов для развития сельского хозяйства и животноводства - одна из самых серьезных проблем, связанных с сжиганием лесов, естественной растительности или даже растительных остатков, поскольку пожар - это дешевый и простой способ расчистки территорий.

Еще один тревожный факт - это использование древесины и древесного угля для выработки энергии и даже в печах. Во многих регионах мира производство энергии из овощей и ее использование для определенных задач, таких как приготовление пищи, очень распространено, а также может быть источником выбросов N2O.

Законы и действия по сокращению и предотвращению горения должны быть приняты для уменьшения выбросов N2O от горения в «чистые» районы, для сельского хозяйства или любых других целей, а также для контроля и борьбы с пожарами, вызванными естественными причинами. Помимо риска возникновения неконтролируемого пламени, которое может опустошить огромную территорию, как это произошло в ноябре 2015 года в Чапада-Диамантина, выброс загрязняющих и токсичных газов может сильно повлиять на регион.

Что касается выбросов от использования биомассы для производства энергии и в печах, улучшение методов использования меньшего количества топлива с большей эффективностью и замена топлива, не выделяющего N2O, например, газов из нефти, являются жизнеспособными альтернативами для сокращения выбросов N2O. выбросы из этих источников. В случае замены их газами из нефти у нас будет проблема с выбросом CO2 - это может показаться безумием, но лучше выбросить CO2 вместо N2O, так как N2O, помимо того, что способствует разрушению озонового слоя , имеет в 300 раз большую теплоудерживающую способность, чем CO2.

Канализация и аквакультура

Вместе сточные воды и аквакультура составляют 4% от общего объема выбросов закиси азота, производимых человеком. Это может показаться небольшим по сравнению с другими источниками, но они по-прежнему вызывают беспокойство. Сточные воды характеризуются как любая сброшенная вода, содержащая загрязняющие вещества и примеси, которые необходимо обрабатывать, чтобы не оказывать воздействия на окружающую среду. Аквакультура - это выращивание водных организмов в замкнутых или контролируемых пространствах, например разведение рыбы на продажу.

Выброс закиси азота сточными водами может происходить двумя способами: путем химического и биологического преобразования во время очистки сточных вод и путем сброса сточных вод в притоки, в которых азот, содержащийся в сточных водах в высокой концентрации, будет преобразован в N2O бактериями, присутствующими в притоки.

Как и в случае с удобрениями, в аквакультуре проблема заключается в большом количестве внесенного азота. Большое количество азота, присутствующего в пище культурных организмов, приводит к высокому уровню азота, присутствующего в воде, который будет преобразован в закись азота химическим и / или биологическим процессом.

Основным средством снижения выбросов закиси азота со сточными водами являются методы очистки, позволяющие снизить количество разбавленного азота. Некоторые методы позволяют удалить до 80% разбавленного азота. Необходимо принять и внедрить политику и технологии обработки, чтобы сократить выбросы закиси азота.

Для минимизации выбросов N2O также могут применяться методы аквакультуры, такие как: интеграция систем сельского хозяйства и аквакультуры, повторное использование воды, богатой питательными веществами, для выращивания водных культур и водных растений для кормления водных организмов, интеграция между водными видами, когда отходы одного вида служат в качестве корм для другого, модификация и оптимизация кормов и питательных веществ с целью минимизировать разбавление азота в среде.

Удары, вызванные использованием закиси азота, обращают внимание на кое-что важное: планетарные пределы. Чтобы лучше понять эту тему, взгляните на статью: «Что такое планетарные пределы?»