Дали постои начин поприфатлив за климата за оплодување на посевите? Одговорот може да биде дува во ветрот

Растенијата природно се „напојуваат со соларна енергија“, но постои јаглероден отпечаток поврзан со нивното одгледување како култура. Горивото што се користи за напојување на трактори и друга опрема е дел од тој отпечаток, но најголемата компонента од редот од 36% е поврзан со природниот гас што се користи за производство на синтетички азотни ѓубрива.

Помеѓу нарушувањата на глобалниот пазар на природен гас предизвикани од конфликти и итната потреба за справување со климатските промени, зависноста на азотните ѓубрива од фосилните горива станува неодржлива. Идеалното решение би било да се најде начин да се направи снабдување со азот со низок јаглероден отпечаток користејќи локална, обновлива енергија. Дали е тоа можно? Во овој случај, одговорот може да биде буквално „дување на ветрот“.

Зелените растенија добиваат енергија за да растат од сонцето преку процесот на фотосинтеза. Тие прават; сепак, потребни се хранливи материи – минерали кои ги апсорбираат од почвата преку своите корени. Азот, фосфор и калиум се најголемите потреби на растението, а во земјоделството или градинарството тие се снабдуваат како ѓубрива. Во текот на историјата на човештвото, азотот беше најограничувачкиот елемент за растителното производство, а како што населението се зголемуваше, достапните извори на азот, како што се домашно животинско ѓубриво или птичји гуано, не можеа да обезбедат се што е потребно. Предизвикот да се добие доволно азот за растенијата е донекаде ироничен бидејќи атмосферата содржи 78% азотен гас; сепак, тој е прилично инертен и недостапен за повеќето живи суштества. Пред нешто повеќе од 100 години ситуацијата со ѓубривата се промени. Германскиот научник Фриц Хабер смислил систем за катализатор и притисок за да користи водород и дел од азот во воздухот и да го претвори во амонијак што е форма достапна за растенијата. Друг инженер по име Карл Бош го усовршил и го зголемил процесот така што до 1914 година било можно да се произведуваат 20 тони/ден употреблив азот.

Овој процес „Хабер-Бош“ е оптимално изведен во капацитети од големи размери, секој произведува по ред од 1 милион тони годишно или од извори на природен гас или преку гасификација на јаглен. Природниот гас е составен од еден јаглерод и четири атоми на водород, но само водородот е потребен за да реагира со азот во воздухот за да се добие амонијак (еден N атом со три атоми на водород). Јаглеродот во тој случај е од „фосилен“ извор, така што претставува „емисија на стакленички гасови“. Постои поинаков начин за генерирање на водород наречен електролиза. Сè што е потребно е малку вода (два атоми на водород и еден атом на кислород) и електрична енергија. Овој процес го разделува водородот и го ослободува безопасниот кислород. Во ова сценарио нема емисија на јаглерод. Јавните и приватните истражувачи експериментираат со мали процеси на Хабер-Бош за да направат амонијак. Фокусот беше ставен на користење на електрична енергија произведена од ветер или соларна енергија. Овој концепт се работи веќе некое време. На пример, во 2009 година, една пилот-централа од 3.75 милиони долари на Западниот централен истражувачки и теренски центар на Универзитетот во Минесота користеше електрична енергија од локална постројка за енергија од ветер за да произведе 25 тони безводен амонијак годишно. Ова беше опишано во интервју со Мајк Рис, директор за обновливи извори на енергија во тој објект во Минесота објавено во земјоделското трговско списание Corn+Soybean Digest. Статијата беше соодветно насловена: „Направете ѓубриво од воздух? Користењето на заробена енергија од ветер за да се направи обновлив амонијак може да ги стабилизира цените на N, да изгради пазари за енергија од ветер“.

Значи, што се случува 13 години подоцна? Како и кај секој нов хемиски процес, потребно е време за оптимизација. Исто така, постојат економии на обем што го отежнуваат натпреварувањето со добро воспоставен процес од индустриски размери како оној што се користи за модерно производство на ѓубрива. Сепак, можно е верзиите на оваа технологија да се приближуваат до комерцијална изводливост. А“Техно-економска анализа“, објавено во 2020 година од истражувачите во Тексас Техника, заклучија дека „целосниот електричен“ амонијак може да се произведува по околу двапати повисока цена од конвенционалниот амонијак. Тоа беше пред драматичните зголемувања забележани со цените на ѓубривата за сезоната на растење во 2022 година (види Модерен фармер: „Фармерите се борат да продолжат со растечките цени на ѓубривата).

Во интервју за оваа статија Мајк Рис од објектот на Универзитетот во Минесота вели дека моментумот се гради за ова решение. Со зголемувањето на цената на природниот гас, опаѓањето на трошоците за обновливи извори на електрична енергија и обврските за ублажување на климатските промени доаѓаат во прв план; сега постои широк интерес за овој вид на опција „зелен амонијак“. Рис вели дека неколку големи, конвенционални компании за ѓубрива разгледуваат како би можеле да се префрлат во оваа насока. Описот на Рис за оваа технологија е објавен на веб-страницата на центарот:Подигнување гориво за одржлива енергија и земјоделство: ставање ветер во шише.“ Истражувачите на UMN, исто така, објавија поврзано економска анализа.

Логично сценарио е да се развијат постројки со среден обем во опсег од 30 до 200 тони/годишно и да се лоцираат низ земјоделските региони каде што има многу потенцијал за производство на електрична енергија од ветер и соларна енергија. На тој начин транспортниот отпечаток на ѓубривото би бил мал, а пазарот би бил изолиран од глобалните промени на цените. Очигледно ќе има потреба од значителни капитални инвестиции, но тоа може делумно да се решат преку субвенции поттикнати од климатските промени или преку јаглеродни кредити. Оваа промена, исто така, би била позитивна за секторот за сончева и ветерна енергија бидејќи ја задоволува нивната потреба за искористување за време на периодите на шпиц на производство кои можеби не се усогласени со побарувачката на мрежата. Постои независна линија на интерес за амонијакот како побезбедно средство за складирање на водород за подоцна да се ослободи многу различни апликации.

Како оваа приказна да не е веќе доволно позитивна, постои начин на кој производството на ѓубрива може уште повеќе да се „декарбонизира“. Постојат биоетанолни растенија распространети низ многу земјоделски региони во САД. Кога ги ферментираат јаглехидратите од залихите на добиточна храна како пченкарен скроб, тие испуштаат CO2, но тој е „јаглеродно неутрален“ по тоа што доаѓа од неодамнешната фотосинтеза на земјоделските култури. Сепак, можно е да се зафати таа изобилна залиха на гас и да се реагира со амонијак за да се произведе уреа која е полесно складирана и применлива форма на азотно ѓубриво и која може да се претвори во други вообичаени формулации како што се UAN или пелети со бавно ослободување. . Создавањето на оваа врска помеѓу производството на амонијак и етанол ќе има и деловни и логистички предности покрај намалувањето на јаглеродниот отпечаток поврзано со секој производ.

Како заклучок, електрификацијата на производството на амонијак за земјоделството се чини дека е одличен пример за видот на решение предвидено со „екомодернистите“ кои тврдат дека технологијата често е решение за еколошките предизвици. Во овој случај, тоа се усогласува и со потребата да се заштити нашата фарма економија од глобална нестабилност.