lovesouthernsocial.com

Ôxít nitơ, do ngành nông nghiệp thải ra với số lượng đáng kể, cũng phá hủy tầng ôzôn

Hình ảnh Photo-Rabe được cung cấp bởi Pixabay

Nitơ oxit là một chất khí không màu, không cháy ở nhiệt độ phòng và thường được gọi là khí cười hoặc nitro (NOS). Nitơ oxit là một loại khí được tạo ra tự nhiên trong môi trường và quan trọng đối với sự cân bằng khí hậu, tuy nhiên, nó cũng có thể được sản xuất công nghiệp cho một số ứng dụng. Nitơ là một trong những nguyên tử quan trọng nhất đối với sự sống trên cạn và có mặt trong một số cấu trúc phân tử. Nguyên tố nitơ (N) cũng là một phần rất quan trọng của khí quyển và các chu trình tự nhiên như chu trình nitơ.

Ôxít nitơ (N2O)

Được hình thành bởi hai nguyên tử nitơ và một ôxy, oxit nitơ, nó được sử dụng trong ngành công nghiệp như:

• Chất oxy hóa trong động cơ tên lửa;
• Tối ưu hóa đốt cháy nhiên liệu trong động cơ (nitro);
• Thuốc phóng khí dung;
• Thuốc gây mê (chủ yếu trong lĩnh vực nha khoa, được gọi là khí cười).

Trong tự nhiên, nitơ có trong khí quyển được thực vật thu giữ và chuyển hóa thành amoniac, chất này sẽ được lắng đọng trong đất và sau đó được thực vật sử dụng. Quá trình này được gọi là quá trình cố định nitơ. Amoniac lắng đọng trong đất có thể trải qua quá trình nitrat hóa, tạo thành nitrat. Các vi sinh vật có trong đất có thể biến đổi các nitrat lắng đọng này thành nitơ thể khí (N2) và nitơ oxit (N2O), thông qua quá trình khử nitơ, do đó thải chúng ra khí quyển.

Khí nhà kính

Sau đây được coi là những khí có đóng góp lớn nhất vào việc gia tăng hiệu ứng nhà kính:

• Khí cacbonic (CO2);
• Hơi nước (H2Ov);
• Mêtan (CH4);
• Nitơ oxit (N2O);
• CFCs (CFxCly).

Người ta nói nhiều về CO2 do nồng độ cao của nó trong khí quyển và tác động lớn hơn của nó đến sự nóng lên toàn cầu, nhưng việc phát thải các khí khác được liệt kê cũng rất đáng lo ngại. Nồng độ nitơ oxit trong khí quyển ngày càng trở nên đáng lo ngại, khiến cho các hành động cần thiết để giảm lượng khí thải của nó ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn.

Tác động của oxit nitơ dư thừa đối với khí quyển

Như với mọi thứ trong tự nhiên, sự dư thừa của một thứ gì đó có thể thay đổi sự cân bằng và ổn định của một hệ thống, và thậm chí cả hành tinh nói chung. Việc dư thừa khí, chẳng hạn như những khí được coi là có khả năng gây ra hiệu ứng nhà kính, là một ví dụ về tác động của tỷ lệ toàn cầu.

Công nghiệp hóa và tập hợp nền văn minh thành các thành phố đã tạo ra nhu cầu được đáp ứng trên quy mô lớn, chẳng hạn như sản xuất lương thực, thúc đẩy tăng trưởng lớn trong nông nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất ngũ cốc để sản xuất thức ăn chăn nuôi (tìm hiểu thêm về chủ đề này trong Bài báo: Chăn nuôi thâm canh để lấy thịt có tác động đến môi trường và sức khỏe người tiêu dùng. "Với những nhu cầu này, nhiều loại khí bắt đầu được sản xuất và phát thải vào khí quyển với tỷ lệ khổng lồ, gây tích tụ chúng trong khí quyển và làm thay đổi một số chu kỳ trên cạn , cũng tác động đến nhiệt độ trung bình của hành tinh. Một trong những khí này là oxit nitơ.

Nitơ oxit (N2O) hiện diện với tỷ lệ nhỏ hơn nhiều so với khí cacbonic (CO2), nhưng tác dụng của nó lớn hơn nhiều. Sự hiện diện của nó trong tầng đối lưu là trơ, chỉ góp phần vào việc hấp thụ nhiệt năng, tuy nhiên, khi có mặt ở tầng bình lưu, nó làm suy giảm tầng ôzôn. Nitơ oxit có đặc tính giữ nhiệt trong khí quyển lớn hơn CO2 khoảng 300 lần, tức là, một phân tử oxit nitơ tương đương với 300 phân tử CO2 trong khí quyển. Ôxít nitơ cũng có tác động đến tầng ôzôn, góp phần làm suy thoái tầng ôzôn, và nó vẫn tồn tại trong khí quyển hơn 100 năm trước khi bị phân hủy tự nhiên. Người ta ước tính rằng 5,3 teragram (Tg) oxit nitơ được con người thải ra trong một năm (1 Tg tương đương với 1 tỷ kg).

nguồn phát thải

Vào tháng 11 năm 2013, Chương trình Môi trường Liên hợp quốc (UNEP) đã công bố một báo cáo về oxit nitơ và tác động của nó đối với khí hậu và tầng ôzôn của hành tinh. Theo báo cáo, nitơ oxit là khí thứ ba, được thải ra từ các hoạt động của con người, góp phần nhiều nhất vào sự nóng lên toàn cầu và là khí có ảnh hưởng lớn nhất đến sự suy thoái của tầng ôzôn. Dựa trên nghiên cứu được thực hiện, phân tích nồng độ của các khí có trong bong bóng khí bị mắc kẹt trong các cột băng ở các cực, một so sánh đã được thực hiện với nồng độ hiện tại của CO2 (phần triệu - ppm) và N2O (phần tỷ - ppb) và một đồ thị được vẽ cho thấy sự gia tăng của các khí này theo thời gian.

Nguồn: Drawing Down N2O / unep.org

Có thể thấy sự gia tăng mạnh mẽ về nồng độ CO2 và N2O ngay sau thời kỳ cách mạng công nghiệp, từ thế kỷ 18 trở đi. Báo cáo chỉ ra các nguồn phát thải oxit nitơ chính của con người là nông nghiệp, công nghiệp và nhiên liệu hóa thạch, đốt sinh khối, nước thải và nuôi trồng thủy sản, và tổng ba nguồn cuối cùng không đạt đến lượng phát thải oxit nitơ từ nông nghiệp.

Nguồn: Drawing Down N2O / unep.org

Vấn đề phát thải khí N2O trong từng lĩnh vực

nông nghiệp

Nitơ, cần thiết cho sản xuất thực phẩm, là một yếu tố quan trọng đối với các cấu trúc phân tử như enzym, vitamin, axit amin và thậm chí cả DNA. Việc bổ sung nitơ trong nông nghiệp, thông qua phân bón, thúc đẩy và tăng năng suất cây trồng, tuy nhiên điều này cũng gây ra sự phát thải N2O. Người ta ước tính rằng khoảng 1% lượng nitơ bón vào đất sẽ trực tiếp thải ra N2O. 1% có vẻ thấp, nhưng nếu bạn nghĩ về tổng diện tích mà nông nghiệp chiếm đóng trên thế giới và lượng phân bón được sử dụng hàng năm, nó có thể không phải là nhỏ.

Trong số các lĩnh vực phát thải oxit nitơ nhiều nhất, nông nghiệp là lĩnh vực chính gây ra lượng phát thải hàng năm: khoảng 66% tổng lượng phát thải. Đối với lĩnh vực này, không chỉ phát thải N2O trực tiếp từ việc sử dụng phân bón mà còn phát thải trực tiếp và gián tiếp từ quá trình sản xuất phân bón tổng hợp, phân gia súc, động vật được chăn nuôi trên đồng cỏ, rửa trôi và quản lý phân.

Một số biện pháp trong việc bón và xử lý phân bón và phân chuồng có thể giúp giảm thiểu tác động này:

• Thường xuyên kiểm tra cơ chế phân phối phân / phân chuồng để đảm bảo rằng việc bón phân được chính xác;
• Đảm bảo rằng người bón phân / phân chuồng được đào tạo kỹ lưỡng để bón ít khi cần thiết;
• Tiến hành phân tích đất để xác định lượng phân bón cần thiết;
• Cố gắng sử dụng nhiều phân chuồng hơn phân vô cơ;
• Cải tiến kỹ thuật xử lý phân.

Nghiên cứu để giảm phát thải N2O do phân bón và các phương tiện thay thế hiệu quả phải được thực hiện liên tục.

Công nghiệp và nhiên liệu hóa thạch

Khí thải oxit nitơ từ các ngành công nghiệp và phương tiện giao thông xảy ra thông qua hai phương tiện chính. Phản ứng đầu tiên được gọi là phản ứng đồng thể, đó là khi các chất phản ứng có cùng trạng thái vật lý phản ứng với nhau, một ví dụ là sự đốt cháy nhiên liệu ở thể khí (khí với khí). Trong nhiên liệu khí có thể có sự hiện diện của các hợp chất nitơ, có thể được tạo ra trong quá trình đốt nóng trong quá trình đốt cháy. Môi trường thứ hai xảy ra trong các phản ứng dị thể, trong đó môi trường này có thể là khí và môi trường kia là chất rắn, ví dụ là sự đốt cháy than hoặc tạo thành N2O trong chất xúc tác ô tô.

Máy bay, các phương tiện giao thông hạng nhẹ và hạng nặng là những nguồn chính phát thải oxit nitơ, mặc dù chúng không liên quan nhiều so với lượng khí thải CO2 mà chúng cung cấp - đây không có gì là lý do để không phải là một thực tế đáng lo ngại.

Trong công nghiệp, hai nguồn phát thải nitơ oxit chính là trong quá trình sản xuất axit nitric (HNO3) và axit adipic. Axit nitric được coi là nguyên liệu chính để sản xuất phân bón, sản xuất axit adipic, chất nổ và cả để chế biến kim loại đen. Hơn 80% tổng lượng axit nitric được sản xuất trên thế giới được sử dụng để sản xuất muối kép amoni nitrat và canxi amoni nitrat - 3/4 lượng amoni nitrat quay trở lại sản xuất phân bón. Trong quá trình tổng hợp HNO3, N2O có thể được tạo thành như một sản phẩm phản ứng phụ (cứ 1 kg HNO3 tạo ra thì có khoảng 5 g N2O).

Việc sản xuất axit adipic (C6H10O4) là nguồn phát thải oxit nitơ lớn thứ hai trong lĩnh vực công nghiệp. Phần lớn axit adipic được tạo ra được dùng để sản xuất nylon, và cũng được sử dụng trong sản xuất thảm, quần áo, lốp xe, thuốc nhuộm và thuốc diệt côn trùng.

Các công nghệ giảm phát thải N2O trong sản xuất axit adipic hiện đã có sẵn, giảm khoảng 90% lượng phát thải và khoảng 70% các ngành sản xuất axit adipic áp dụng các công nghệ này.

đốt sinh khối

Đốt sinh khối có nghĩa là đốt bất kỳ nguyên liệu nào có nguồn gốc thực vật hoặc động vật để sản xuất năng lượng. Tóm lại, đốt sinh khối là đốt tự nhiên hoặc do con người gây ra, chủ yếu là rừng / gỗ và thậm chí cả than củi.

Lượng N2O trung bình thải ra từ quá trình đốt sinh khối rất khó đo lường, vì nó phụ thuộc rất nhiều vào thành phần của vật liệu được đốt cháy, nhưng người ta ước tính rằng nó là nguồn phát thải oxit nitơ lớn thứ ba. Hầu hết các vụ cháy rừng là do các yếu tố tự nhiên như sét đánh, nhưng hành động của con người cũng khá đáng lo ngại. Đốt rừng để phát triển nông nghiệp và chăn nuôi là một trong những mối quan tâm lớn nhất về việc đốt rừng, thảm thực vật tự nhiên hoặc thậm chí tàn dư cây trồng, vì lửa là một cách rẻ và dễ dàng để dọn sạch các khu vực.

Một thực tế đáng lo ngại khác là việc sử dụng gỗ và than củi để tạo ra năng lượng và thậm chí trong bếp lò. Ở nhiều khu vực trên thế giới, việc tạo ra năng lượng thực vật và sử dụng nó cho một số công việc nhất định, chẳng hạn như nấu ăn, là rất phổ biến, và nó cũng có thể là một nguồn phát thải N2O có tác động.

Các luật và hành động giảm thiểu và ngăn chặn việc đốt cháy phải được thực hiện để giảm phát thải khí N2O từ việc đốt cháy đến các khu vực "sạch", cho nông nghiệp hoặc bất kỳ loại mục đích nào khác, cũng như kiểm soát và chữa cháy do các nguyên nhân tự nhiên. Ngoài nguy cơ ngọn lửa không kiểm soát được, có thể tàn phá một khu vực rộng lớn, như xảy ra vào tháng 11 năm 2015 tại Chapada Diamantina, việc phát thải khí ô nhiễm và độc hại có thể ảnh hưởng lớn đến khu vực.

Đối với việc phát thải từ việc sử dụng sinh khối để sản xuất năng lượng và trong bếp lò, việc cải tiến kỹ thuật sử dụng ít nhiên liệu hơn, với hiệu suất cao hơn và thay thế bằng nhiên liệu không giải phóng N2O, chẳng hạn như khí từ dầu mỏ, là những lựa chọn thay thế khả thi để giảm N2O phát thải từ các nguồn này. Trong trường hợp thay thế chúng bằng các loại khí từ dầu mỏ, chúng ta sẽ gặp phải vấn đề phát thải CO2 - nghe có vẻ điên rồ, nhưng tốt hơn là thải CO2 thay vì N2O, vì N2O, ngoài việc góp phần phá hủy tầng ôzôn. , có khả năng giữ nhiệt lớn hơn CO2 gấp 300 lần.

Nước thải và nuôi trồng thủy sản

Cùng với nhau, nước thải và nuôi trồng thủy sản chiếm 4% tổng lượng phát thải nitơ oxit do con người gây ra. Nó có vẻ nhỏ so với các nguồn khác, nhưng chúng vẫn là những nguồn đáng quan tâm. Nước thải được đặc trưng bởi bất kỳ loại nước thải nào có chứa các chất gây ô nhiễm và tạp chất cần được xử lý để không ảnh hưởng đến môi trường. Nuôi trồng thủy sản là việc nuôi trồng các sinh vật sống dưới nước trong không gian hạn chế hoặc được kiểm soát, chẳng hạn như nuôi cá để bán.

Việc phát thải oxit nitơ qua nước thải có thể diễn ra theo hai cách: bằng cách chuyển hóa sinh học và hóa học trong quá trình xử lý nước thải và bằng cách thải nước thải vào các nhánh sông, trong đó nitơ, có nồng độ cao trong nước thải, sẽ được chuyển hóa thành N2O bởi vi khuẩn có trong các phụ lưu.

Đối với vấn đề về phân bón, trong nuôi trồng thủy sản, vấn đề là lượng nitơ được bón quá cao. Một lượng lớn nitơ có trong thức ăn của các sinh vật trồng trọt dẫn đến hàm lượng nitơ cao trong nước, sẽ được chuyển hóa thành nitơ oxit bằng quá trình hóa học và / hoặc sinh học.

Các phương tiện chính để khử oxit nitơ do nước thải thải ra là các kỹ thuật xử lý, do đó làm giảm lượng nitơ pha loãng. Một số kỹ thuật có thể loại bỏ tới 80% lượng nitơ pha loãng. Các chính sách và công nghệ xử lý phải được thông qua và thiết lập để giảm phát thải nitơ oxit.

Các kỹ thuật nuôi trồng thủy sản cũng có thể được áp dụng để giảm thiểu phát thải N2O, chẳng hạn như: tích hợp hệ thống nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản, tái sử dụng nước giàu chất dinh dưỡng cho cây trồng nước và thực vật thủy sinh để nuôi tạo thủy sinh, tích hợp giữa các loài thủy sản, khi chất thải của một loài phục vụ như thức ăn khác, sửa đổi và tối ưu hóa thức ăn và chất dinh dưỡng, nhằm giảm thiểu sự pha loãng của nitơ trong môi trường.

Các tác động gây ra bởi việc sử dụng nitơ oxit kêu gọi sự chú ý đến một điều quan trọng: các giới hạn của hành tinh. Để hiểu rõ hơn về chủ đề này, hãy xem qua bài viết: "Giới hạn của các hành tinh là gì?"