أكسيد النيتروز: الغاز المنبعث من القطاع الزراعي يزيد من تأثير الاحتباس الحراري

أكسيد النيتروز ، المنبعث بكميات كبيرة من القطاع الزراعي ، يدمر أيضًا طبقة الأوزون

أكسيد النيتروز

صورة Photo-Rabe بواسطة Pixabay

أكسيد النيتروز هو غاز عديم اللون وغير قابل للاشتعال في درجة حرارة الغرفة ويعرف باسم غاز الضحك أو نيترو (NOS). أكسيد النيتروز هو غاز ينتج بشكل طبيعي في البيئة وهو مهم لتوازن المناخ ، ومع ذلك ، يمكن أيضًا إنتاجه صناعيًا للعديد من التطبيقات. النيتروجين هو أحد أهم الذرات للحياة الأرضية وهو موجود في العديد من الهياكل الجزيئية. عنصر النيتروجين (N) هو أيضًا جزء مهم جدًا من الغلاف الجوي والدورات الطبيعية مثل دورة النيتروجين.

أكسيد النيتروز (N2O)

يتكون من ذرتين من النيتروجين والأكسجين ، وهو أكسيد النيتروز ، ويستخدم في الصناعة على النحو التالي:

  • عامل مؤكسد في محركات الصواريخ.
  • محسن في حرق الوقود في المحركات (نيترو) ؛
  • دافع الهباء الجوي
  • التخدير (خاصة في مجال الأسنان ، المعروف باسم غاز الضحك).

في الطبيعة ، يتم التقاط النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي بواسطة النباتات وتحويله إلى أمونيا ، والتي ستترسب في التربة وتستخدمها النباتات لاحقًا. هذه العملية تسمى تثبيت النيتروجين. يمكن أن تخضع الأمونيا المترسبة في التربة لعمليات النترجة ، مما ينتج عنه نترات. يمكن للكائنات الحية الدقيقة الموجودة في التربة تحويل هذه النترات المترسبة إلى النيتروجين الغازي (N2) وأكسيد النيتروز (N2O) ، من خلال عملية نزع النتروجين ، وبالتالي انبعاثها في الغلاف الجوي.

غازات الاحتباس الحراري

فيما يلي الغازات التي لها أكبر مساهمة في زيادة تأثير الاحتباس الحراري:

  • ثاني أكسيد الكربون (CO2) ؛
  • بخار الماء (H2Ov) ؛
  • الميثان (CH4) ؛
  • أكسيد النيتروز (N2O) ؛
  • مركبات الكلوروفلوروكربون (CFxCly).

يقال الكثير عن ثاني أكسيد الكربون بسبب تركيزه العالي في الغلاف الجوي وتأثيره الأكبر على ظاهرة الاحتباس الحراري ، لكن انبعاثات الغازات الأخرى المدرجة مقلقة للغاية أيضًا. أصبح تركيز أكسيد النيتروز في الغلاف الجوي مقلقًا بشكل متزايد ، مما يجعل الإجراءات اللازمة لتقليل انبعاثاته.

تأثيرات أكسيد النيتروز الزائد على الغلاف الجوي

كما هو الحال مع كل شيء في الطبيعة ، فإن فائض شيء ما يمكن أن يغير توازن واستقرار النظام ، وحتى الكوكب ككل. إن الزيادة في الغازات ، مثل تلك التي يُنظر إليها على أنها من المحتمل أن تسبب تأثير الاحتباس الحراري ، هي مثال على تأثير النسب العالمية.

لقد ولّد التصنيع وتجميع الحضارات في المدن احتياجات يجب تلبيتها على نطاق واسع ، مثل إنتاج الغذاء ، وتعزيز نمو كبير في الزراعة ، وخاصة في إنتاج الحبوب لتصنيع الأعلاف الحيوانية (تعرف على المزيد حول هذا الموضوع في مقال: تربية الحيوانات المكثفة لاستهلاك اللحوم لها تأثير على البيئة وعلى صحة المستهلك. "مع تلبية هذه الاحتياجات ، بدأ إنتاج العديد من الغازات وانبعاثها في الغلاف الجوي بنسب هائلة ، مما تسبب في تراكمها في الغلاف الجوي وتغيير العديد من الدورات الأرضية تؤثر أيضًا على متوسط ​​درجة حرارة الكوكب ، وأحد هذه الغازات هو أكسيد النيتروز.

يوجد أكسيد النيتروز (N2O) بنسب أصغر بكثير من ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، لكن تأثيره أكبر بكثير. وجوده في طبقة التروبوسفير خامل ، ويساهم فقط في امتصاص الطاقة الحرارية ، ومع ذلك ، عندما يكون موجودًا في الستراتوسفير ، فإنه يؤدي إلى تدهور طبقة الأوزون. يمتلك أكسيد النيتروز خاصية الاحتفاظ بالحرارة في الغلاف الجوي حوالي 300 مرة أكبر من ثاني أكسيد الكربون ، أي أن جزيء واحد من أكسيد النيتروز يعادل 300 جزيء من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. يؤثر أكسيد النيتروز أيضًا على طبقة الأوزون ، مما يساهم في تدهورها ، ويبقى في الغلاف الجوي لأكثر من 100 عام قبل أن يتحلل بشكل طبيعي. تشير التقديرات إلى أن 5.3 تيراغرام (Tg) من أكسيد النيتروز تنبعث من البشر في عام واحد (1 تيراغرام يعادل 1 مليار كجم).

مصادر الانبعاث

في نوفمبر 2013 ، نشر برنامج الأمم المتحدة للبيئة (UNEP) تقريرًا عن أكسيد النيتروز وتأثيره على مناخ الكوكب وطبقة الأوزون. ووفقًا للتقرير ، فإن أكسيد النيتروز هو الغاز الثالث ، المنبعث من الأنشطة البشرية ، وهو الأكثر إسهامًا في الاحتباس الحراري ، والغاز الذي له أكبر تأثير على تدهور طبقة الأوزون. بناءً على الأبحاث التي تم إجراؤها لتحليل تركيز الغازات الموجودة في فقاعات الهواء المحاصرة في أعمدة الجليد في القطبين ، تم إجراء مقارنة مع التركيز الحالي لثاني أكسيد الكربون (أجزاء في المليون - جزء في المليون) وأكسيد النيتروز (أجزاء في المليار - جزء في البليون) و رسم بياني يوضح زيادة هذه الغازات بمرور الوقت.

أكسيد النيتروز

المصدر: Drawing Down N2O / unep.org

يمكن ملاحظة زيادة كبيرة في تركيزات ثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروز مباشرة بعد فترة الثورة الصناعية ، من القرن الثامن عشر فصاعدًا. ويشير التقرير إلى المصادر البشرية الرئيسية لانبعاثات أكسيد النيتروز مثل الزراعة والصناعة والوقود الأحفوري وحرق الكتلة الحيوية والصرف الصحي وتربية الأحياء المائية ، ولا يصل مجموع المصادر الثلاثة الأخيرة إلى كمية انبعاثات أكسيد النيتروز من الزراعة.

انبعاث أكسيد النيتروز

المصدر: Drawing Down N2O / unep.org

مشكلة انبعاث أكسيد النيتروز في كل قطاع

الزراعة

النيتروجين ضروري لإنتاج الغذاء ، وهو عنصر حيوي للتركيبات الجزيئية مثل الإنزيمات والفيتامينات والأحماض الأمينية وحتى الحمض النووي. تؤدي إضافة النيتروجين في الزراعة ، من خلال الأسمدة ، إلى تسريع وزيادة غلة المحاصيل ، إلا أن هذا يتسبب أيضًا في انبعاث أكسيد النيتروز. تشير التقديرات إلى أن حوالي 1٪ من النيتروجين المطبق على التربة سينبعث مباشرة من أكسيد النيتروز. 1٪ يبدو منخفضًا ، ولكن إذا فكرت في إجمالي المساحة التي تشغلها الزراعة في العالم وكمية الأسمدة المستخدمة سنويًا ، فقد لا تكون بهذه الصغر.

من بين القطاعات التي ينبعث منها أكسيد النيتروز ، تعتبر الزراعة هي المسؤولة الرئيسية عن الانبعاثات السنوية: حوالي 66 ٪ من إجمالي الانبعاثات. بالنسبة لهذا القطاع ، لا يُحسب فقط انبعاثات أكسيد النيتروز المباشرة من استخدام الأسمدة ، ولكن أيضًا الانبعاثات المباشرة وغير المباشرة من عملية إنتاج الأسمدة الاصطناعية ، وروث الحيوانات ، والحيوانات التي تربى في المراعي ، والرشح وإدارة السماد الطبيعي.

يمكن أن تساعد بعض التدابير في استخدام الأسمدة والسماد الطبيعي والتعامل معها في تقليل هذا التأثير:

  • اختبار آلية توزيع الأسمدة / السماد بانتظام للتأكد من دقة التطبيق ؛
  • تأكد من أن الشخص الذي يستخدم السماد / السماد مدرب جيدًا على تطبيق أقل ما يمكن ؛
  • إجراء تحليل التربة لتحديد الكمية المطلوبة من الأسمدة ؛
  • حاول استخدام روث أكثر من الأسمدة غير العضوية ؛
  • تحسين تقنيات معالجة الروث.

يجب إجراء البحوث باستمرار للحد من انبعاثات أكسيد النيتروز بواسطة الأسمدة والوسائل البديلة الفعالة.

الصناعة والوقود الأحفوري

تحدث انبعاثات أكسيد النيتروز من الصناعات والمركبات من خلال وسيلتين رئيسيتين. الأول يسمى التفاعل المتجانس ، وهو عندما تتفاعل المواد المتفاعلة من نفس الحالة الفيزيائية ، ومثال على ذلك احتراق الوقود الغازي (الغاز مع الغاز). في الوقود الغازي قد يكون هناك وجود لمركبات النيتروجين ، والتي يمكن أن تتولد أثناء التسخين في عملية الاحتراق. يحدث الوسط الثاني في تفاعلات غير متجانسة ، حيث يمكن أن يكون أحدهما غازًا والآخر صلبًا ، ومثال على ذلك حرق الفحم أو تكوين أكسيد النيتروز في محفزات السيارات.

الطائرات والمركبات الخفيفة والثقيلة هي المصادر الرئيسية لانبعاث أكسيد النيتروز ، على الرغم من أنها ليست ذات صلة كبيرة بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي توفرها - وهذا ليس عذراً لعدم كونها حقيقة مقلقة.

في الصناعة ، المصدران الرئيسيان لانبعاث أكسيد النيتروز هما إنتاج حمض النيتريك (HNO3) وحمض الأديبيك. يعتبر حمض النيتريك مكونًا رئيسيًا لإنتاج الأسمدة ، لإنتاج حمض الأديبيك ، والمتفجرات وأيضًا لمعالجة المعادن الحديدية. يذهب أكثر من 80 ٪ من جميع حمض النيتريك المنتج في العالم إلى إنتاج نترات الأمونيوم وملح نترات الأمونيوم المزدوج - 3/4 من نترات الأمونيوم يعود إلى إنتاج الأسمدة. أثناء تخليق HNO3 ، يمكن تكوين N2O كمنتج تفاعل ثانوي (حوالي 5 جم من N2O لكل 1 كجم من HNO3 المنتج).

يعتبر إنتاج حمض الأديبيك (C6H10O4) ثاني أكبر مصدر لانبعاثات أكسيد النيتروز في القطاع الصناعي. الغالبية العظمى من حمض الأديبيك الذي يتم إنتاجه مخصص لإنتاج النايلون ، ويستخدم أيضًا في صناعة السجاد ، والملابس ، والإطارات ، والأصباغ ، والمبيدات الحشرية.

تتوفر الآن تقنيات لخفض انبعاثات أكسيد النيتروز في إنتاج حمض الأديبيك ، مما يقلل من حوالي 90٪ من الانبعاثات ، ويطبق ما يقرب من 70٪ من صناعات إنتاج حمض الأديبيك هذه التقنيات.

حرق الكتلة الحيوية

يعني حرق الكتلة الحيوية حرق أي مادة من أصل نباتي أو حيواني لإنتاج الطاقة. باختصار ، يشير حرق الكتلة الحيوية إلى حرق الغابات / الأخشاب بشكل طبيعي ، أو لأسباب بشرية ، وحتى الفحم.

يصعب قياس متوسط ​​كمية أآسيد النيتروز المنبعثة من حرق الكتلة الحيوية ، لأنها تعتمد كثيرًا على تكوين المادة التي يتم حرقها ، ولكن يُقدر أنها ثالث أكبر مصدر لانبعاث أكسيد النيتروز. تحدث معظم حرائق الغابات بسبب عوامل طبيعية مثل البرق ، لكن التصرف البشري أيضًا مقلق للغاية. يعد حرق الغابات للنهوض بالزراعة والثروة الحيوانية من بين أكبر المخاوف بشأن حرق الغابات والنباتات الطبيعية أو حتى مخلفات المحاصيل ، حيث أن الحرائق وسيلة رخيصة وسهلة لتطهير المناطق.

حقيقة أخرى مقلقة هي استخدام الخشب والفحم لتوليد الطاقة وحتى في المواقد. في العديد من مناطق العالم ، يعد توليد الطاقة النباتية واستخدامها في مهام معينة ، مثل الطهي ، أمرًا شائعًا جدًا ، ويمكن أن يكون أيضًا مصدرًا مؤثرًا لانبعاثات أكسيد النيتروز.

يجب اتخاذ قوانين وإجراءات للحد من الحرق ومنعه للحد من انبعاثات أكسيد النيتروز من الحرق إلى مناطق "نظيفة" ، أو للزراعة أو أي نوع آخر من الأغراض ، فضلاً عن السيطرة على الحرائق ومكافحتها لأسباب طبيعية. بالإضافة إلى توفير مخاطر حدوث ألسنة اللهب غير المتحكم فيها ، والتي يمكن أن تدمر منطقة شاسعة ، كما حدث في نوفمبر 2015 في تشابادا ديامانتينا ، يمكن أن يؤثر انبعاث الغازات الملوثة والسامة بشكل كبير على المنطقة.

فيما يتعلق بالانبعاثات الناتجة عن استخدام الكتلة الحيوية لإنتاج الطاقة وفي المواقد ، فإن تحسين التقنيات لاستخدام وقود أقل ، مع زيادة الكفاءة والاستبدال بالوقود الذي لا يطلق أكسيد النيتروز ، مثل الغازات من البترول ، هي بدائل قابلة للتطبيق لتقليل أكسيد النيتروز الانبعاث من هذه المصادر. في حالة استبدالها بغازات من البترول ، سنواجه مشكلة انبعاث ثاني أكسيد الكربون - قد يبدو الأمر مجنونًا ، لكن من الأفضل إطلاق ثاني أكسيد الكربون بدلاً من أكسيد النيتروز ، نظرًا لأن N2O ، بالإضافة إلى المساهمة في تدمير طبقة الأوزون ، لديه قدرة احتباس حراري أكبر 300 مرة من ثاني أكسيد الكربون.

الصرف الصحي وتربية الأحياء المائية

تشكل مياه الصرف الصحي وتربية الأحياء المائية معًا 4 ٪ من إجمالي انبعاثات أكسيد النيتروز التي يسببها الإنسان. قد تبدو صغيرة مقارنة بالمصادر الأخرى ، لكنها لا تزال مصدر قلق. تتميز مياه الصرف الصحي بأنها أي مياه يتم التخلص منها تحتوي على ملوثات وشوائب تحتاج إلى معالجتها حتى لا تؤثر على البيئة. الاستزراع المائي هو استزراع الكائنات المائية في أماكن محصورة أو خاضعة للرقابة ، مثل تربية الأسماك للبيع.

يمكن أن يحدث انبعاث أكسيد النيتروز عن طريق مياه الصرف الصحي بطريقتين: عن طريق التحويل الكيميائي والبيولوجي أثناء معالجة مياه الصرف الصحي وعن طريق التخلص من مياه الصرف الصحي في الروافد ، حيث يتحول النيتروجين ، الموجود في تركيز عالٍ في مياه الصرف الصحي ، إلى أكسيد النيتروز بواسطة البكتيريا الموجودة في الروافد.

كما هو الحال مع مشكلة الأسمدة ، تكمن المشكلة في تربية الأحياء المائية في ارتفاع كمية النيتروجين المستخدمة. تؤدي الكمية الكبيرة من النيتروجين الموجودة في غذاء الكائنات المزروعة إلى مستويات عالية من النيتروجين الموجود في الماء ، والذي سيتحول إلى أكسيد نيتروز بواسطة عملية كيميائية و / أو بيولوجية.

الوسائل الرئيسية لتقليل أكسيد النيتروز المنبعث من النفايات السائلة هي تقنيات المعالجة ، وبالتالي تقليل كمية النيتروجين المخفف. يمكن لبعض التقنيات إزالة ما يصل إلى 80٪ من النيتروجين المخفف. يجب اعتماد سياسات وتقنيات المعالجة ووضعها لتقليل انبعاثات أكسيد النيتروز.

يمكن أيضًا تطبيق تقنيات تربية الأحياء المائية لتقليل انبعاثات أكسيد النيتروز ، مثل: تكامل الزراعة وأنظمة تربية الأحياء المائية ، وإعادة استخدام المياه الغنية بالمغذيات للمحاصيل المائية والنباتات المائية لتغذية تكوين الأحياء المائية ، والتكامل بين الأنواع المائية ، عندما يكون نفايات أحد الأنواع بمثابة الغذاء للآخر ، وتعديل وتحسين الغذاء والمغذيات ، بهدف تقليل تخفيف النيتروجين في الوسط.

التأثيرات الناجمة عن استخدام أكسيد النيتروز تلفت الانتباه إلى شيء مهم: حدود الكواكب. لفهم هذا الموضوع بشكل أفضل ، ألق نظرة على المقالة: "ما هي حدود الكواكب؟"