תחמוצת החנקן, הנפלטת בכמויות משמעותיות על ידי המגזר החקלאי, הורסת גם את שכבת האוזון
תמונה של Foto-Rabe מ- Pixabay
תחמוצת החנקן הוא גז חסר צבע ולא דליק בטמפרטורת החדר, והוא ידוע בכינויו גז מצחיק או ניטרו (NOS). תחמוצת החנקן הוא גז המיוצר באופן טבעי בסביבה וחשוב לאיזון האקלימי, אולם ניתן לייצר אותו באופן תעשייתי למספר יישומים. חנקן הוא אחד האטומים החשובים ביותר לחיים הארציים והוא קיים בכמה מבנים מולקולריים. יסוד החנקן (N) הוא גם חלק חשוב מאוד באטמוספירה ובמחזורים הטבעיים, כגון מחזור החנקן.
תחמוצת החנקן (N2O)
נוצר על ידי שני אטומי חנקן ואחד של חמצן, תחמוצת החנקן, משמש על ידי התעשייה כ:
- סוכן חמצון במנועי רקטות;
- מיטוב בשריפת דלק במנועים (ניטרו);
- דלק אירוסול;
- חומר הרדמה (בעיקר בתחום השיניים, המכונה גז מצחיק).
בטבע, החנקן הקיים באטמוספירה נלכד על ידי צמחים ומומר לאמוניה, אשר יופקדו בקרקע וישמשו אחר כך את הצמחים. תהליך זה נקרא קיבוע חנקן. אמוניה המופקדת באדמה עלולה לעבור תהליכי ניטריפיקציה וכתוצאה מכך חנקות. המיקרואורגניזמים הנמצאים בקרקע יכולים להפוך את החנקות המופקדות הללו לחנקן גזי (N2) ולתחמוצת החנקן (N2O), באמצעות תהליך הדניטריפיקציה, וכך לפלוט אותם לאטמוספרה.
גזי חממה
הדברים הבאים נחשבים לגזים עם התרומה הגדולה ביותר להגברת אפקט החממה:
- פחמן דו חמצני (CO2);
- אדי מים (H2Ov);
- מתאן (CH4);
- תחמוצת החנקן (N2O);
- CFCs (CFxCly).
רבות נאמר על CO2 בגלל ריכוזו הגבוה באטמוספירה והשפעתו הרבה יותר על ההתחממות הגלובלית, אולם גם פליטת הגזים האחרים המפורטים מדאיגה מאוד. ריכוז תחמוצת החנקן באטמוספירה הפך מדאיג יותר ויותר, מה שהופך פעולות הנחוצות להפחתת פליטתו.
ההשפעות של עודף תחמוצת החנקן באטמוספירה
כמו כל דבר בטבע, עודף במשהו יכול לשנות את האיזון והיציבות של המערכת, ואפילו את כדור הארץ בכללותו. עודף הגזים, כמו אלו הנחשבים כגורמים פוטנציאליים להשפעת החממה, הוא דוגמה להשפעה במימדים גלובליים.
התיעוש וקיבוץ הציביליזציה בערים שנוצרו צריכים להיות נפגשים בקנה מידה גדול, כמו ייצור מזון, לקידום צמיחה גדולה בחקלאות, בעיקר בייצור דגנים לייצור מזון לבעלי חיים (למידע נוסף על נושא זה עניין: גידול אינטנסיבי של בעלי חיים לצריכת בשר משפיע על הסביבה ובריאות הצרכן "). עם מענה לצרכים אלה, החלו להיות מיוצרים ונפלטים גזים רבים באטמוספרה בפרופורציות ענקיות, ובכך גרמו להצטברותם באטמוספירה שינוי מספר מחזורים יבשתיים, המשפיעים גם על הטמפרטורה הממוצעת של כדור הארץ. אחד הגזים הללו הוא תחמוצת החנקן.
תחמוצת החנקן (N2O) קיים בפרופורציות קטנות בהרבה מאשר פחמן דו חמצני (CO2), אך השפעתו הרבה יותר גדולה. נוכחותו בטרופוספירה אינרטית, ותורמת רק לספיגת אנרגיה תרמית, אולם כאשר היא נמצאת בסטרטוספירה, היא משפילה את שכבת האוזון. לתחמוצת החנקן יש את המאפיין לשמור על חום באטמוספרה כ -300 פעמים יותר מאשר CO2, כלומר, מולקולה אחת של תחמוצת החנקן שווה ערך ל -300 מולקולות של CO2 באטמוספירה. תחמוצת החנקן משפיעה גם על שכבת האוזון, ותורמת להידרדרותה, מכיוון שהיא נשארת מעל 100 שנים באטמוספירה עד שהיא מושפלת באופן טבעי. ההערכה היא כי 5.3 טרגרמות (Tg) של תחמוצת החנקן נפלטות על ידי האדם בשנה אחת (1 Tg שווה ערך למיליארד ק"ג).
מקורות פליטה
בנובמבר 2013 פרסמה תוכנית הסביבה של האו"ם (UNEP) דו"ח על תחמוצת החנקן והשפעתו על האקלים ועל שכבת האוזון של כדור הארץ. על פי הדו"ח, תחמוצת החנקן הוא הגז השלישי, הנפלט מפעילות אנושית, התורם ביותר להתחממות כדור הארץ, והגז בעל ההשפעה הגדולה ביותר על התפוררות שכבת האוזון. בהתבסס על מחקר שבוצע, ניתוח ריכוז הגזים הקיימים בבועות אוויר הכלואות בעמודי הקרח בקטבים, נערכה השוואה לריכוז הנוכחי של CO2 (חלקים למיליון - עמודים לדקה) ו- N2O (חלקים למיליארד - ppb) ו מתווה גרף המציג את עליית הגזים הללו לאורך זמן.
מקור: ציור N2O / unep.org
יש עלייה גדולה בריכוזי ה- CO2 וה- N2O לאחר תקופת המהפכה התעשייתית, החל מהמאה ה -18 ואילך. הדו"ח מצביע על המקורות האנושיים העיקריים לפליטת תחמוצת החנקן כמו חקלאות, תעשייה ודלק מאובנים, שריפת ביומסה, ביוב וחקלאות מים, וסכום שלושת המקורות האחרונים אינו מגיע לכמות החקלאות שפולטת תחמוצת החנקן.
מקור: ציור N2O / unep.org
בעיית פליטת ה- N2O בכל מגזר
חַקלָאוּת
חנקן, החיוני לייצור מזון, הוא יסוד חיוני למבנים מולקולריים כמו אנזימים, ויטמינים, חומצות אמינו ואפילו לדנ"א. תוספת חנקן בחקלאות, באמצעות דשנים, מאיצה ומגדילה את תפוקת המטעים, אולם זה גם גורם לפליטת N2O. ההערכה היא שכ -1% מהחנקן המופעל על אדמה יפלוט ישירות N2O. 1% נראה מעט, אך אם אתה חושב על השטח הכולל שתופס החקלאות בעולם וכמות הדשנים המשמשים מדי שנה, יתכן שזה לא כל כך מעט.
בין המגזרים הנפלטים תחמוצת החנקן ביותר, החקלאות היא האחראית העיקרית לפליטה השנתית: כ- 66% מסך הפליטה. עבור מגזר זה, לא רק פליטה ישירה של N2O ממריחת דשנים נספרת, אלא גם פליטה ישירה ועקיפה מתהליך הייצור של דשנים סינתטיים, זבל בעלי חיים, בעלי חיים שגדלו במרעה, שטיפה וניהול זבל.
אמצעים מסוימים ליישום וטיפול בדשנים וזבל יכולים לעזור להפחית את ההשפעה הזו:
- בדוק באופן קבוע את מנגנון חלוקת הדשנים / זבל כדי לוודא שהיישום מדויק;
- יש לוודא כי האדם הממרח את הדשן / זבל מאומן היטב ליישם את המינימום הנדרש;
- ערכו ניתוח קרקע בכדי לבסס את כמות הדשנים הנדרשת;
- נסו להשתמש בזבל יותר מאשר בדשנים אנאורגניים;
- שיפור בטכניקות הטיפול בזבל.
מחקרים להפחתת פליטת N2O על ידי דשנים ואמצעים חלופיים יעילים חייבים להתבצע ללא הרף.
דלק מאובנים ותעשייה
פליטת תחמוצת החנקן על ידי תעשיות וכלי רכב מתרחשת בשני אמצעים עיקריים. הראשונה נקראת תגובה הומוגנית, כלומר כאשר מגיבים באותו מצב פיזיקלי מגיבים, דוגמא היא שריפת דלק גזי (גז עם גז). בדלק גזי עשויה להיות נוכחות של תרכובות חנקן, אשר יכולות להיווצר במהלך החימום בתהליך הבעירה. המדיום השני מתרחש בתגובות הטרוגניות, כאשר האחד יכול להיות גז והשני מוצק, דוגמה לכך היא שריפת פחם או היווצרות N2O בזרזים לרכב.
מטוסים, כלי רכב קלים וכבדים הם המקורות העיקריים לפליטת תחמוצת החנקן, למרות שהם אינם רלוונטיים במיוחד בהשוואה לפליטת ה- CO2 שהם מספקים - אין זה תירוץ לא להיות עובדה מדאיגה.
בענף, שני המקורות העיקריים לפליטת תחמוצת החנקן הם ייצור חומצה חנקתית (HNO3) וחומצה אדיפית. חומצה חנקתית היא מרכיב מרכזי לייצור דשנים, לייצור חומצה אדיפית, חומרי נפץ וגם לעיבוד מתכות ברזליות. יותר מ -80% מכל חומצת החנקן המיוצרת בעולם מיועדת לייצור אמוניום חנקתי ומלח כפול של סידן ואמוניום חנקתי - 3/4 מחנקת האמוניום חוזרת לייצור דשנים. במהלך סינתזת HNO3, N2O יכול להיווצר כמוצר תגובה מינורי (כ -5 גרם N2O לכל 1 ק"ג HNO3 המיוצר).
ייצור החומצה האדיפית (C6H10O4) הוא המקור השני בגודלו לפליטת תחמוצת החנקן בענף התעשייה. הרוב המכריע של החומצה האדיפית המיוצרת מיועד לייצור ניילון, ומשמש גם לייצור שטיחים, ביגוד, צמיגים, צבעים וקוטלי חרקים.
טכנולוגיות להפחתת פליטת N2O בייצור חומצה אדיפית כבר קיימות, ופוחתות בכ- 90% מהפליטות, וכ- 70% מתעשיות ייצור החומצה האדיפית מיישמות טכנולוגיות אלה.
שריפת ביומסה
שריפת ביומסה פירושה שריפת כל חומר ממקור צמחי או בעלי חיים לצורך ייצור אנרגיה. לסיכום, שריפת ביומסה מתייחסת לשריפה טבעית, או למטרות אנושיות, בעיקר של יערות / עץ ואפילו פחם.
הכמות הממוצעת של N2O הנפלטת משריפת ביומסה קשה למדידה, מכיוון שהיא תלויה רבות בהרכב החומר הנשרף, אך ההערכה היא כי זהו המקור השלישי בגודלו לפליטת תחמוצת החנקן. מרבית שריפות היער נגרמות על ידי גורמים טבעיים, כמו ברקים, אך פעולה אנושית מדאיגה למדי. שריפת יערות לקידום חקלאות ובעלי חיים הם בין החששות הגדולים ביותר לגבי שריפת יערות, צמחייה טבעית או אפילו שרידי יבול, מכיוון שאש היא דרך זולה וקלה לפינוי אזורים.
עובדה מדאיגה נוספת היא השימוש בעץ ופחם להפקת אנרגיה ואפילו תנורים. באזורים רבים בעולם, ייצור אנרגיה צמחית ושימוש למשימות מסוימות, כגון בישול, הוא נפוץ מאוד, ויכול להיות גם מקור משפיע בפליטת N2O.
יש לנקוט בחוקים ובפעולות להפחתת ומניעת שריפה להפחתת פליטת N2O משריפה ל"ניקוי "שטחים, לחקלאות או לכל סוג אחר של מטרה, כמו גם בקרה וכיבוי אש בגלל סיבות טבעיות. בנוסף לספק את הסיכון ללהבות בלתי נשלטות, העלולות להרוס שטח עצום, כפי שהתרחש בנובמבר 2015 בצ'פאדה דיאמנטינה, פליטת גזים מזהמים ורעילים יכולה להשפיע מאוד על האזור.
באשר לפליטה משימוש בביומסה לייצור אנרגיה וכיריים, השיפור בטכניקות כך שמשתמשים פחות בדלק, ביעילות רבה יותר והחלפת דלקים שאינם משחררים N2O, כגון גזי נפט, הם חלופות קיימא. להפחתת פליטת N2O על ידי מקורות אלה. במקרה של החלפה בגזים מנפט תהיה לנו הבעיה של פליטת CO2 - זה אולי נראה מטורף, אבל עדיף לשחרר CO2 במקום N2O, מכיוון של- N2O, בנוסף לתרומה להרס שכבת האוזון, יש כוח החזקת חום גדול פי 300 מ- CO2.
ביוב וחקלאות מים
ביחד, ביוב וחקלאות מים מהווים 4% מסך פליטת תחמוצת החנקן הנגרמת על ידי האדם. זה אולי נראה מעט בהשוואה למקורות האחרים, אך הם עדיין מקורות מדאיגים. הביוב מאופיין ככל מים זרוקים המכילים מזהמים וזיהומים שיש לטפל בהם כדי לא לפגוע בסביבה. חקלאות ימית היא גידול של אורגניזמים ימיים במרחבים מוגבלים או מבוקרים, כגון גידול דגים למסחור.
פליטת תחמוצת החנקן על ידי הביוב יכולה להתרחש בשני אמצעים: על ידי טרנספורמציה כימית וביולוגית במהלך הטיפול בשפכים ועל ידי הזרמת שפכים לעשירים, בהם החנקן, הכלול בריכוז גבוה בביוב, יהפוך ל N2O על ידי חיידקים. נוכח בפלגים.
כמו בבעיית הדשנים, גם בחקלאות ימית הבעיה היא כמות החנקן הגבוהה המופעלת. הכמות הגדולה של חנקן הקיימת במזון של אורגניזמים מעובדים גורמת לרמות גבוהות של חנקן הנמצאות במים, אשר יהפכו לתחמוצת החנקן בתהליך כימי ו / או ביולוגי.
האמצעי העיקרי להפחתת תחמוצת החנקן הנפלטת ממי קולחין הם טכניקות טיפול, ובכך להפחית את כמות החנקן המדולל. טכניקות מסוימות יכולות אפילו להסיר כ- 80% מהחנקן המדולל. יש לאמץ ולקבוע מדיניות וטכנולוגיות טיפול בכדי להפחית את פליטת תחמוצת החנקן.
ניתן ליישם טכניקות בחקלאות ימית כדי למזער את פליטת N2O, שעשויה להיות: שילוב של חקלאות ומערכת חקלאות ימית, שימוש חוזר במים עשירים בחומרים מזינים להשקיית המטע וצמחי מים להזנת חקלאות מימית, שילוב בין מינים מימיים, כאשר בזבוז של מין אחד משמש מזון עבור השני, שינוי ואופטימיזציה של מזון וחומרים מזינים, במטרה למזער את דילול החנקן במדיום.
ההשפעות הנגרמות כתוצאה משימוש בתחמוצת החנקן מפנות תשומת לב למשהו חשוב: הגבולות הפלנטריים. כדי להבין טוב יותר נושא זה התבונן במאמר: "מהם גבולות פלנטריים?"
