Vai ir klimatam draudzīgāks veids, kā mēslot kultūraugus? Atbilde var būt vējā

Augi dabiski tiek “darbināti ar saules enerģiju”, taču ar to audzēšanu kā kultūru ir saistīts oglekļa pēdas nospiedums. Degviela, ko izmanto traktoru un citu iekārtu darbināšanai, ir daļa no šīs pēdas, bet lielākā sastāvdaļa apmēram 36% ir saistīta ar dabasgāzi, ko izmanto sintētisko slāpekļa mēslošanas līdzekļu ražošanai.

Starp konfliktu izraisītiem traucējumiem globālajā dabasgāzes tirgū un steidzamo vajadzību risināt klimata pārmaiņu problēmas, slāpekļa mēslojuma atkarība no fosilā kurināmā kļūst nepanesama. Ideāls risinājums būtu atrast veidu, kā nodrošināt zemu oglekļa emisiju slāpekļa piegādi, izmantojot vietējo, atjaunojamo enerģiju. Vai tas ir iespējams? Šajā gadījumā atbilde var būt burtiski "pūš vējā".

Zaļie augi iegūst enerģiju augšanai no saules fotosintēzes procesā. Viņi dara; tomēr ir vajadzīgas barības vielas – minerālvielas, kuras tie absorbē no augsnes caur saknēm. Slāpeklis, fosfors un kālijs ir augu lielākās vajadzības, un lauksaimniecībā vai dārzkopībā tos piegādā kā mēslojumu. Visā cilvēces vēsturē slāpeklis bija visvairāk ierobežojošais elements augkopībā, un, pieaugot iedzīvotāju skaitam, pieejamie slāpekļa avoti, piemēram, mājdzīvnieku kūtsmēsli vai putnu guano, nevarēja nodrošināt visu nepieciešamo. Izaicinājums iegūt pietiekami daudz slāpekļa augiem ir nedaudz ironisks, jo atmosfērā ir 78% slāpekļa gāzes; tomēr tas ir diezgan inerts un nav pieejams lielākajai daļai dzīvo būtņu. Pirms nedaudz vairāk kā 100 gadiem mainījās situācija ar mēslojumu. Vācu zinātnieks Frics Hābers nāca klajā ar katalizatoru un spiediena sistēmu, lai izmantotu ūdeņradi un daļu no gaisā esošā slāpekļa un pārvērstu to amonjakā, kas ir augiem pieejama forma. Cits inženieris, vārdā Karls Bošs, pilnveidoja un palielināja procesu tā, lai līdz 1914. gadam būtu iespējams saražot 20 tonnas dienā izmantojamā slāpekļa.

Šis “Haber-Bosch” process tiek optimāli veikts liela mēroga iekārtās, no kurām katra saražo aptuveni 1 miljonu tonnu gadā vai nu no dabasgāzes avotiem, vai ar ogļu gazifikāciju. Dabasgāze sastāv no viena oglekļa un četriem ūdeņraža atomiem, bet tas ir tikai ūdeņradis, kas nepieciešams, lai reaģētu ar slāpekli gaisā, veidojot amonjaku (viens N atoms ar trim ūdeņraža atomiem). Tādā gadījumā ogleklis ir no "fosilā" avota, tāpēc tas veido "siltumnīcefekta gāzu emisiju". Ir cits veids, kā iegūt ūdeņradi, ko sauc par elektrolīzi. Viss, kas nepieciešams, ir nedaudz ūdens (divi ūdeņraža atomi un viens skābekļa atoms) un elektrība. Šis process atdala ūdeņradi un atbrīvo nekaitīgo skābekli. Šajā scenārijā nav oglekļa emisiju. Publiskie un privātie pētnieki ir eksperimentējuši ar maza mēroga Haber-Bosch procesiem, lai iegūtu amonjaku. Galvenā uzmanība tika pievērsta vēja vai saules enerģijas elektroenerģijas izmantošanai. Šī koncepcija tiek izstrādāta jau kādu laiku. Piemēram, 2009. gadā Minesotas Universitātes Rietumu Centrālā pētniecības un atbalsta centra izmēģinājuma rūpnīca izmantoja elektrību no vietējā vēja elektrostacijas, lai ražotu 3.75 tonnas bezūdens amonjaka gadā. Tas tika aprakstīts intervijā ar Maiku Rīsu, Minesotas iekārtas atjaunojamās enerģijas direktoru, kas publicēts lauksaimniecības tirdzniecības žurnālā Corn+Soybean Digest. Rakstam bija trāpīgs nosaukums: “Izgatavot mēslojumu no retināta gaisa? Balsta vēja enerģijas izmantošana, lai iegūtu atjaunojamo amonjaku, varētu stabilizēt N cenas, veidot vēja enerģijas tirgus.

Tātad, kas notiek pēc 13 gadiem? Tāpat kā jebkuram jaunam ķīmiskam procesam, optimizācijai nepieciešams laiks. Pastāv arī apjomradīti ietaupījumi, kas apgrūtina konkurēt ar vispāratzītu rūpnieciska mēroga procesu, piemēram, to, ko izmanto mūsdienu mēslošanas līdzekļu ražošanā. Tomēr ir iespējams, ka šīs tehnoloģijas versijas tuvojas komerciālai iespējai. ATehnoekonomiskā analīze”, ko 2020. gadā publicēja Texas Tech pētnieki, secināja, ka “visu elektrisko” amonjaku var ražot par aptuveni divas reizes dārgāk nekā parastā amonjaka cena. Tas bija pirms dramatiskā mēslojuma cenu pieauguma 2022. gada augšanas sezonā (sk Mūsdienu lauksaimnieks: “Lauksaimnieki cīnās, lai neatpaliktu no augošajām mēslojuma cenām).

Intervijā šim rakstam Maiks Rīss no Minesotas Universitātes iestādes saka, ka šim risinājumam veidojas impulss. Pieaugot dabasgāzes izmaksām, samazinoties atjaunojamās elektroenerģijas izmaksām un priekšplānā izvirzoties saistībām mazināt klimata pārmaiņas; tagad ir liela interese par šāda veida “zaļā amonjaka” variantu. Rīss saka, ka vairāki liela mēroga, tradicionālo mēslošanas līdzekļu uzņēmumi meklē, kā viņi varētu mainīties šajā virzienā. Rīsa šīs tehnoloģijas apraksts ir ievietots centra mājaslapā: “Ilgtspējīgas enerģijas un lauksaimniecības uzpilde: vēja iepildīšana pudelē”. UMN pētnieki ir arī publicējuši saistītu ekonomiskā analīze.

Loģisks scenārijs ir attīstīt vidēja mēroga stacijas diapazonā no 30 līdz 200 tonnām gadā un izvietot tās lauksaimniecības reģionos, kur ir liels potenciāls vēja un saules elektroenerģijas ražošanai. Tādā veidā mēslojuma transportēšanas nospiedums būtu mazs un tirgus tiktu izolēts no globālajām cenu svārstībām. Acīmredzot būtu nepieciešami ievērojami kapitālieguldījumi, taču to daļēji varētu risināt, izmantojot klimata pārmaiņu izraisītas subsīdijas vai oglekļa kredītus. Šīs izmaiņas būtu pozitīvas arī saules un vēja enerģijas nozarei, jo tās risina nepieciešamību pēc to izmantošanas maksimālās ražošanas periodos, kas varētu neatbilst tīkla pieprasījumam. Pastāv neatkarīga interese par amonjaku kā drošāku līdzekli ūdeņraža uzglabāšanai vēlākai atbrīvošanai daudzas dažādas lietojumprogrammas.

It kā šis stāsts nebūtu pietiekami pozitīvs, mēslošanas līdzekļu ražošanu varētu vēl vairāk “dekarbonizēt”. Bioetanola rūpnīcas ir izplatītas daudzos ASV lauksaimniecības reģionos. Kad tie fermentē ogļhidrātus no lopbarības krājumiem, piemēram, kukurūzas cietes, tie izdala CO2, taču tas ir “oglekļa neitrāls”, jo tas nāk no nesenās ražas fotosintēzes. Tomēr ir iespējams uztvert šo bagātīgo gāzes padevi un reaģēt ar amonjaku, lai iegūtu urīnvielu, kas ir vieglāk uzglabājams un lietojams slāpekļa mēslojuma veids un ko var pārveidot citos izplatītos sastāvos, piemēram, UAN vai lēnas iedarbības granulās. . Šīs saiknes izveidošana starp amonjaka un etanola ražošanu sniegtu gan biznesa, gan loģistikas priekšrocības papildus oglekļa pēdas samazināšanai, kas saistīta ar katru produktu.

Noslēgumā jāsaka, ka amonjaka ražošanas elektrifikācija lauksaimniecībai ir lielisks piemērs tāda veida risinājumam, ko paredz "ekomodernisti”, kuri apgalvo, ka tehnoloģija bieži vien ir risinājums vides problēmām. Šajā gadījumā tas atbilst arī nepieciešamībai aizsargāt mūsu lauksaimniecības ekonomiku no globālās nestabilitātes.