lovesouthernsocial.com

Закис азоту, що викидається у значних кількостях аграрним сектором, також руйнує озоновий шар

Зображення Photo-Rabe від Pixabay

Закис азоту є безбарвним, негорючим газом при кімнатній температурі і широко відомий як веселячий газ або нітро (NOS). Закис азоту є природним газом, який виробляється в навколишньому середовищі і важливий для кліматичного балансу, однак його також можна виробляти промисловим способом для кількох застосувань. Азот є одним з найважливіших атомів для земного життя і присутній у кількох молекулярних структурах. Елемент азот (N) також є дуже важливою частиною атмосфери та природних циклів, таких як кругообіг азоту.

Закис азоту (N2O)

Утворений двома атомами азоту та одним киснем, закисом азоту, він використовується в промисловості як:

• Окислювач в ракетних двигунах;
• Оптимізатор спалювання палива в двигунах (нітро);
• Аерозольний пропелент;
• Анестетик (в основному в стоматології, відомий як веселий газ).

У природі азот, присутній в атмосфері, захоплюється рослинами і перетворюється в аміак, який відкладається в ґрунті, а потім використовується рослинами. Цей процес називається азотфіксацією. Аміак, що відкладається в ґрунті, може зазнавати процесів нітрифікації, в результаті чого утворюються нітрати. Мікроорганізми, присутні в ґрунті, можуть перетворювати ці відкладені нітрати в газоподібний азот (N2) і закис азоту (N2O) за допомогою процесу денітрифікації, таким чином викидаючи їх в атмосферу.

Парникові гази

Найбільшим внеском у збільшення парникового ефекту вважаються наступні гази:

• Вуглекислий газ (CO2);
• водяна пара (H2Ov);
• Метан (CH4);
• Закис азоту (N2O);
• ХФУ (CFxCly).

Багато говорять про CO2 через його високу концентрацію в атмосфері та більший вплив на глобальне потепління, але викиди інших перерахованих газів також викликають занепокоєння. Концентрація закису азоту в атмосфері викликає дедалі більше занепокоєння, що робить необхідні заходи для зменшення його викидів.

Вплив надлишку закису азоту на атмосферу

Як і все в природі, надлишок чогось може змінити баланс і стабільність системи і навіть планети в цілому. Надлишок газів, наприклад тих, які вважаються потенційно спричиняючими парниковий ефект, є прикладом впливу глобальних масштабів.

Індустріалізація та об’єднання цивілізації в міста породили потреби в широкомасштабному задоволенні, наприклад, виробництво продуктів харчування, сприяючи значному зростанню сільського господарства, особливо у виробництві зерна для виробництва кормів для тварин (докладніше про цю тему в стаття: Інтенсивне вирощування тварин для споживання м'яса впливає на навколишнє середовище та на здоров'я споживачів." Задоволення цих потреб почало виробляти і викидати в атмосферу багато газів у гігантських пропорціях, викликаючи їх накопичення в атмосфері та змінюючи кілька земних циклів. , також впливає на середню температуру планети.Одним із цих газів є закис азоту.

Закис азоту (N2O) присутній у значно менших пропорціях, ніж вуглекислий газ (CO2), але його дія набагато більша. Його присутність в тропосфері є інертною, сприяє лише поглинанню теплової енергії, проте, будучи присутнім у стратосфері, вона руйнує озоновий шар. Закис азоту має властивість утримувати тепло в атмосфері приблизно в 300 разів більше, ніж CO2, тобто одна молекула закису азоту еквівалентна 300 молекулам CO2 в атмосфері. Закис азоту також впливає на озоновий шар, сприяючи його деградації, і він залишається в атмосфері понад 100 років, перш ніж руйнуватися природним шляхом. Підраховано, що за рік людина виділяє 5,3 тераграми (Tg) закису азоту (1 Tg еквівалентний 1 мільярду кг).

джерела викидів

У листопаді 2013 року Програма ООН з навколишнього середовища (ЮНЕП) опублікувала доповідь про закис азоту та його вплив на клімат і озоновий шар планети. Згідно зі звітом, закис азоту є третім газом, що виділяється в результаті діяльності людини, який найбільше сприяє глобальному потеплінню, і газ, який найбільше впливає на деградацію озонового шару. На основі проведених досліджень, аналізуючи концентрацію газів, присутніх у бульбашках повітря, захоплених у стовпи льоду на полюсах, було проведено порівняння з поточною концентрацією CO2 (частини на мільйон – ppm) та N2O (частини на мільярд – ppb) та будується графік, що показує збільшення цих газів з часом.

Джерело: Drawing Down N2O / unep.org

Велике збільшення концентрацій CO2 і N2O можна побачити відразу після періоду промислової революції, починаючи з 18 століття. У звіті вказуються основні джерела викидів закису азоту для людини як сільське господарство, промисловість та викопне паливо, спалювання біомаси, стічні води та аквакультура, а сума останніх трьох джерел не досягає кількості викидів закису азоту від сільського господарства.

Джерело: Drawing Down N2O / unep.org

Проблема викидів N2O в кожному секторі

сільське господарство

Азот, необхідний для виробництва їжі, є життєво важливим елементом для молекулярних структур, таких як ферменти, вітаміни, амінокислоти і навіть ДНК. Додавання азоту в сільському господарстві через добрива прискорює і підвищує врожайність сільськогосподарських культур, однак це також викликає викиди N2O. Підраховано, що близько 1% азоту, внесеного в ґрунт, безпосередньо виділяє N2O. 1% здається низьким, але якщо подумати про загальну площу, яку займає сільське господарство у світі, і кількість добрив, що використовуються щорічно, то це може бути не так вже й мало.

Серед галузей, які найбільше викидають закис азоту, сільське господарство є основною причиною річних викидів: близько 66% від загального обсягу викидів. Для цього сектору враховуються не тільки прямі викиди N2O від внесення добрив, а й прямі та непрямі викиди від процесу виробництва синтетичних добрив, гною тварин, тварин, вирощуваних на пасовищах, вилуговування та обробки гною.

Деякі заходи щодо внесення добрив і гною можуть допомогти зменшити цей вплив:

• Регулярно перевіряйте механізм розподілу добрив/гною, щоб переконатися в точності внесення;
• Переконайтеся, що особа, яка вносить добрива/гній, добре навчена вносити стільки, скільки необхідно;
• Провести аналіз ґрунту для визначення необхідної кількості добрив;
• Намагайтеся використовувати більше гною, ніж неорганічних добрив;
• Удосконалення техніки обробки гною.

Необхідно постійно проводити дослідження щодо зменшення викидів N2O за допомогою добрив та ефективних альтернативних засобів.

Промисловість і викопне паливо

Викиди закису азоту від промисловості та транспортних засобів відбуваються двома основними способами. Перша називається гомогенною реакцією, коли реагують реагенти однакового агрегатного стану, прикладом є спалювання газоподібного палива (газу з газом). У газоподібному паливі можуть бути присутніми сполуки азоту, які можуть утворюватися при нагріванні в процесі горіння. Друге середовище виникає в гетерогенних реакціях, де одна може бути газом, а інша твердою речовиною, прикладом є спалювання вугілля або утворення N2O в автомобільних каталізаторах.

Літаки, легкі та важкі транспортні засоби є основними джерелами викидів закису азоту, навіть якщо вони не дуже актуальні в порівнянні з викидами CO2, які вони забезпечують – це не привід для того, щоб не бути тривожним фактом.

У промисловості двома основними джерелами викидів закису азоту є виробництво азотної кислоти (HNO3) та адипінової кислоти. Азотна кислота вважається ключовим інгредієнтом для виробництва добрив, для виробництва адипінової кислоти, вибухових речовин, а також для переробки чорних металів. Понад 80% усієї виробленої у світі азотної кислоти йде на виробництво аміачної селітри та подвійної солі кальцієво-аміачної селітри - 3/4 аміачної селітри повертається на виробництво добрив. Під час синтезу HNO3 N2O може утворюватися як незначний продукт реакції (близько 5 г N2O на кожен 1 кг виробленої HNO3).

Виробництво адипінової кислоти (C6H10O4) є другим за величиною джерелом викидів закису азоту в промисловому секторі. Переважна більшість виробленої адипінової кислоти призначена для виробництва нейлону, а також використовується у виробництві килимів, одягу, шин, барвників та інсектицидів.

Зараз доступні технології для зменшення викидів N2O у виробництві адипінової кислоти, що зменшує приблизно 90% викидів, і приблизно 70% галузей виробництва адипінової кислоти застосовують ці технології.

спалювання біомаси

Спалювання біомаси – це спалювання будь-яких матеріалів рослинного або тваринного походження для виробництва енергії. Коротше кажучи, спалювання біомаси відноситься до спалювання природним або людськими причинами, в основному лісів/лісини і навіть деревного вугілля.

Середню кількість N2O, що виділяється при спалюванні біомаси, важко виміряти, оскільки вона багато в чому залежить від складу матеріалу, який спалюється, але вважається, що він є третім за величиною джерелом викидів закису азоту. Більшість лісових пожеж спричинені природними факторами, такими як блискавка, але дії людини також є досить тривожними. Спалювання лісів для розвитку сільського господарства та тваринництва є однією з найбільших проблем, пов’язаних із спаленням лісів, природної рослинності чи навіть пожнивних решток, оскільки вогонь – це дешевий і простий спосіб розчистити території.

Ще один тривожний факт – використання дров і деревного вугілля для виробництва енергії і навіть у печах. У багатьох регіонах світу виробництво рослинної енергії та її використання для певних завдань, таких як приготування їжі, є дуже поширеним явищем, і це також може бути впливовим джерелом викидів N2O.

Для зменшення викидів N2O від горіння в «чисті» території, для сільського господарства чи будь-якого іншого призначення, а також для контролю та боротьби з вогнем природними причинами необхідно вживати закони та заходи щодо зменшення та запобігання горіння. На додаток до ризику неконтрольованого полум’я, яке може спустошити величезну територію, як це сталося в листопаді 2015 року в Чапада Діамантіна, викиди забруднюючих і токсичних газів можуть сильно вплинути на регіон.

Що стосується викидів від використання біомаси для виробництва енергії та в печах, то вдосконалення методів використання меншої кількості палива з більшою ефективністю та заміна паливом, яке не виділяє N2O, таким як гази з нафти, є життєздатними альтернативами для зменшення N2O. викиди з цих джерел. У разі їх заміни на гази з нафти у нас виникне проблема викидів CO2 - це може здатися божевільним, але краще викидати CO2 замість N2O, оскільки N2O, крім того, що сприяє руйнуванню озонового шару , має в 300 разів більшу здатність утримувати тепло, ніж CO2.

Стічні води та аквакультура

Разом на стічні води та аквакультуру припадає 4% загального викиду закису азоту, спричиненого людиною. Це може здатися невеликим порівняно з іншими джерелами, але вони все ще викликають занепокоєння. Стічні води характеризуються як будь-яка скинута вода, яка містить забруднювачі та домішки, які необхідно очищати, щоб не впливати на навколишнє середовище. Аквакультура — це вирощування водних організмів у замкнутих або контрольованих просторах, наприклад, вирощування риби для продажу.

Викид закису азоту стічними водами може відбуватися двома шляхами: шляхом хімічної та біологічної трансформації під час очищення стічних вод і шляхом утилізації стічних вод у притоки, в яких азот, що міститься у стічних водах у високій концентрації, перетворюється на N2O бактеріями, присутніми в стічних водах. притоки.

Як і з проблемою добрив, в аквакультурі проблема полягає у великій кількості внесеного азоту. Велика кількість азоту, що міститься в їжі культивованих організмів, призводить до високого вмісту азоту у воді, який перетворюється на закис азоту за допомогою хімічних та/або біологічних процесів.

Основним засобом зменшення закису азоту, що виділяється стоками, є методи очищення, завдяки чому зменшується кількість розбавленого азоту. Деякі методи дозволяють видалити до 80% розбавленого азоту. Для зменшення викидів закису азоту необхідно прийняти та встановити політику та технології обробки.

Для мінімізації викидів N2O можна також застосувати методи аквакультури, такі як: інтеграція систем сільського господарства та аквакультури, повторне використання води, багатої поживними речовинами, для поливів сільськогосподарських культур і водних рослин для живлення водних тварин, інтеграція між водними видами, коли відходи одного виду служать як харчування для іншого, модифікація та оптимізація їжі та поживних речовин з метою мінімізації розбавлення азоту в середовищі.

Впливи, викликані використанням закису азоту, привертають увагу до чогось важливого: планетарних меж. Щоб краще зрозуміти цю тему, подивіться статтю: "Що таке межі планет?"