Distikstofoxide, in grote hoeveelheden uitgestoten door de landbouwsector, vernietigt ook de ozonlaag

Afbeelding van Foto-Rabe via Pixabay

Distikstofoxide is een kleurloos, niet-ontvlambaar gas bij kamertemperatuur en staat algemeen bekend als hilarisch of stikstofgas (NOS). Distikstofoxide is een gas dat van nature in het milieu wordt geproduceerd en belangrijk is voor de klimaatbalans, maar het kan ook industrieel worden geproduceerd voor verschillende toepassingen. Stikstof is een van de belangrijkste atomen voor het aardse leven en is aanwezig in verschillende moleculaire structuren. Het element stikstof (N) is ook een zeer belangrijk onderdeel van de atmosfeer en natuurlijke cycli, zoals de stikstofcyclus.

Distikstofoxide (N2O)

Gevormd door twee atomen van stikstof en een van zuurstof, lachgas, wordt door de industrie gebruikt als:

Oxidatiemiddelen in raketmotoren;
Optimizer bij brandstofverbranding in motoren (nitro);
Aerosol drijfgas;
Verdoving (voornamelijk op tandheelkundig gebied, bekend als hilarisch gas).

In de natuur wordt de in de atmosfeer aanwezige stikstof door planten opgevangen en omgezet in ammoniak, dat in de bodem wordt afgezet en later door de planten wordt gebruikt. Dit proces wordt stikstoffixatie genoemd. In de bodem afgezette ammoniak kan nitrificatieprocessen ondergaan, resulterend in nitraten. De micro-organismen die in de bodem aanwezig zijn, kunnen deze afgezette nitraten via het denitrificatieproces omzetten in gasvormig stikstof (N2) en lachgas (N2O), waardoor ze in de atmosfeer terechtkomen.

Broeikasgassen

Als gassen met de grootste bijdrage aan de toename van het broeikaseffect worden beschouwd:

Kooldioxide (CO2);
Waterdamp (H2Ov);
Methaan (CH4);
Distikstofoxide (N2O);
CFC's (CFxCly).

Er wordt veel gezegd over CO2 vanwege de hoge concentratie in de atmosfeer en de grotere impact op de opwarming van de aarde, maar de uitstoot van de andere genoemde gassen is ook zeer zorgwekkend. De concentratie lachgas in de atmosfeer wordt steeds zorgwekkender, waardoor maatregelen nodig zijn om de uitstoot ervan te verminderen.

Effecten van overtollig lachgas in de atmosfeer

Zoals alles in de natuur kan de overmaat aan iets de balans en stabiliteit van een systeem en zelfs de planeet als geheel veranderen. De overmaat aan gassen, waarvan wordt aangenomen dat ze mogelijk het broeikaseffect veroorzaken, is een voorbeeld van een impact op wereldschaal.

Aan industrialisatie en de groepering van beschaving in de gegenereerde steden moet op grote schaal worden voldaan, zoals voedselproductie, waardoor een grote groei in de landbouw wordt bevorderd, voornamelijk in de productie van granen voor de productie van diervoeder (lees meer over dit onderwerp in materie: Intensief fokken van dieren voor vleesconsumptie heeft gevolgen voor het milieu en de gezondheid van de consument "). Toen aan deze behoeften werd voldaan, begonnen veel gassen in de atmosfeer te worden geproduceerd en uitgestoten in gigantische hoeveelheden, waardoor ze zich ophopen in de atmosfeer en het veranderen van verschillende aardse cycli, wat ook van invloed is op de gemiddelde temperatuur van de planeet.Een van deze gassen is lachgas.

Distikstofoxide (N2O) is in veel kleinere hoeveelheden aanwezig dan kooldioxide (CO2), maar het effect is veel groter. Zijn aanwezigheid in de troposfeer is inert en draagt alleen bij tot de opname van thermische energie, maar wanneer het aanwezig is in de stratosfeer, breekt het de ozonlaag af. Distikstofoxide heeft de eigenschap om ongeveer 300 keer meer warmte in de atmosfeer vast te houden dan CO2, dat wil zeggen dat één molecuul lachgas gelijk is aan 300 moleculen CO2 in de atmosfeer. Distikstofoxide heeft ook een impact op de ozonlaag, wat bijdraagt aan de afbraak ervan, en het blijft meer dan 100 jaar in de atmosfeer totdat het op natuurlijke wijze wordt afgebroken. Geschat wordt dat de mens in één jaar 5,3 teragrammen (Tg) distikstofoxide uitstoot (1 Tg is gelijk aan 1 miljard kg).

Emissiebronnen

In november 2013 publiceerde het Milieuprogramma van de Verenigde Naties (UNEP) een rapport over lachgas en de impact ervan op het klimaat en de ozonlaag van de planeet. Volgens het rapport is distikstofoxide het derde gas dat door menselijke activiteiten wordt uitgestoten en het meest bijdraagt aan de opwarming van de aarde, en het gas met het grootste effect op de aantasting van de ozonlaag. Op basis van uitgevoerd onderzoek, waarbij de concentratie van gassen in luchtbellen die in ijskolommen bij de polen zijn opgevangen, werd geanalyseerd, werd een vergelijking gemaakt met de huidige concentratie van CO2 (delen per miljoen - ppm) en N2O (delen per miljard - ppb) en er wordt een grafiek getekend die de toename van deze gassen in de loop van de tijd laat zien.

Bron: tekening N2O / unep.org

Na de periode van de industriële revolutie, vanaf de 18e eeuw, is er een sterke stijging van de concentraties CO2 en N2O. Het rapport wijst op de belangrijkste menselijke bronnen van lachgasemissies zoals landbouw, industrie en fossiele brandstof, verbranding van biomassa, riolering en aquacultuur, en de som van de laatste drie bronnen komt niet overeen met hoeveel de landbouw lachgas uitstoot.

Bron: tekening N2O / unep.org

Het probleem van de N2O-emissies in elke sector

landbouw

Stikstof, essentieel voor de voedselproductie, is een essentieel element voor moleculaire structuren zoals enzymen, vitamines, aminozuren en zelfs voor DNA. De toevoeging van stikstof in de landbouw, via kunstmest, versnelt en verhoogt de opbrengst van plantages, maar dit veroorzaakt ook de uitstoot van N2O. Geschat wordt dat ongeveer 1% van de stikstof die op een bodem wordt toegepast, direct N2O zal uitstoten. 1% lijkt weinig, maar als je nadenkt over de totale oppervlakte die de landbouw inneemt in de wereld en de hoeveelheid kunstmest die jaarlijks wordt gebruikt, is dat misschien niet zo klein.

Van de sectoren die het meest lachgas uitstoten, is de landbouw de belangrijkste verantwoordelijke voor de jaarlijkse uitstoot: ongeveer 66% van de totale uitstoot. Voor deze sector wordt niet alleen de directe uitstoot van N2O door de toepassing van meststoffen meegerekend, maar ook de directe en indirecte uitstoot van het productieproces van kunstmest, dierlijke mest, in weiland gehouden dieren, uitspoeling en mestbeheer.

Enkele maatregelen bij het toedienen en hanteren van mest en mest kunnen deze impact helpen verminderen:

Test regelmatig het meststof- / mestverdeelmechanisme om er zeker van te zijn dat de toediening nauwkeurig is;
Zorg ervoor dat de persoon die de mest / mest aanbrengt, goed is opgeleid om het noodzakelijke minimum toe te passen;
Bodemanalyse uitvoeren om de benodigde hoeveelheid kunstmest vast te stellen;
Probeer meer mest te gebruiken dan anorganische meststoffen;
Verbetering van mestverwerkingstechnieken.

Onderzoek om de N2O-uitstoot door kunstmest te verminderen en efficiënte alternatieve middelen moeten voortdurend worden uitgevoerd.

Fossiele brandstof en industrie

De uitstoot van lachgas door industrieën en voertuigen vindt plaats op twee manieren. De eerste wordt een homogene reactie genoemd, dat wil zeggen wanneer reagentia met dezelfde fysische toestand reageren, een voorbeeld is het verbranden van gasvormige brandstof (gas met gas). In gasvormige brandstof kan de aanwezigheid van stikstofverbindingen aanwezig zijn, die kunnen ontstaan tijdens verhitting in het verbrandingsproces. Het tweede medium komt voor in heterogene reacties, waarbij de ene een gas kan zijn en de andere een vaste stof, een voorbeeld is het verbranden van steenkool of de vorming van N2O in autokatalysatoren.

Vliegtuigen, lichte en zware voertuigen zijn de belangrijkste bronnen van lachgasemissies, ook al zijn ze niet erg relevant in vergelijking met de CO2-uitstoot die ze veroorzaken - dit is geen excuus om geen verontrustend feit te zijn.

In de industrie zijn de twee belangrijkste bronnen van lachgasemissies de productie van salpeterzuur (HNO3) en adipinezuur. Salpeterzuur is een belangrijk ingrediënt voor de productie van meststoffen, voor de productie van adipinezuur, explosieven en ook voor de verwerking van ferrometalen. Meer dan 80% van al het salpeterzuur dat in de wereld wordt geproduceerd, is bestemd voor de productie van ammoniumnitraat en dubbelzout van calcium en ammoniumnitraat - 3/4 van het ammoniumnitraat gaat terug naar de productie van meststoffen. Tijdens de HNO3-synthese kan N2O worden gevormd als een ondergeschikt reactieproduct (ongeveer 5 g N2O voor elke 1 kg geproduceerd HNO3).

De productie van adipinezuur (C6H10O4) is de op een na grootste bron van lachgasemissies in de industriële sector. Het overgrote deel van het geproduceerde adipinezuur is bedoeld voor de productie van nylon en wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van tapijten, kleding, banden, kleurstoffen en insecticiden.

Technologieën voor het verminderen van de N2O-emissies bij de productie van adipinezuur zijn reeds beschikbaar, waardoor ongeveer 90% van de emissies afnemen, en ongeveer 70% van de adipinezuurproductie-industrieën passen deze technologieën toe.

Biomassa verbranden

Het verbranden van biomassa betekent het verbranden van alle stoffen van plantaardige of dierlijke oorsprong voor energieproductie. Kortom, het verbranden van biomassa verwijst naar natuurlijke verbranding, of voor menselijke doeleinden, voornamelijk van bossen / hout en zelfs houtskool.

De gemiddelde hoeveelheid N2O die vrijkomt bij het verbranden van biomassa is moeilijk te meten, omdat het sterk afhangt van de samenstelling van het materiaal dat wordt verbrand, maar naar schatting de derde grootste bron van lachgasemissie is. De meeste bosbranden worden veroorzaakt door natuurlijke factoren, zoals bliksem, maar ook menselijk handelen baart zorgen. Het verbranden van bossen om de landbouw en veeteelt vooruit te helpen, behoren tot de grootste zorgen over het verbranden van bossen, natuurlijke vegetatie of zelfs gewasresten, aangezien vuur een goedkope en gemakkelijke manier is om gebieden vrij te maken.

Een ander verontrustend feit is het gebruik van hout en kolen om energie en zelfs fornuizen op te wekken. In veel delen van de wereld is het opwekken van plantaardige energie en het gebruik voor bepaalde taken, zoals koken, heel gebruikelijk, en dit kan ook een belangrijke bron zijn voor de uitstoot van N2O.

Er moeten wetten en maatregelen worden genomen om verbranding te verminderen en te voorkomen om de uitstoot van N2O door verbranding te verminderen voor het "schoonmaken" van gebieden, voor landbouw of enig ander soort doel, evenals voor controle en brandbestrijding. voor natuurlijke oorzaken. Naast het risico op ongecontroleerde vlammen, die een immens gebied kunnen verwoesten, zoals in november 2015 in Chapada Diamantina, kan de uitstoot van vervuilende en giftige gassen grote gevolgen hebben voor de regio.

Wat betreft de emissie door het gebruik van biomassa voor de productie van energie en in kachels, zijn het verbeteren van technieken zodat er minder brandstof wordt gebruikt, met een grotere efficiëntie en de vervanging door brandstoffen die geen N2O vrijgeven, zoals petroleumgassen, zijn haalbare alternatieven voor het verminderen van de N2O-emissie door deze bronnen. In het geval van vervanging door gassen uit aardolie, hebben we het probleem van CO2-uitstoot - het lijkt misschien gek, maar het is beter om CO2 vrij te maken in plaats van N2O, aangezien N2O, naast een bijdrage aan de vernietiging van de ozonlaag, een warmtevermogen 300 keer groter dan CO2.

Riolering en aquacultuur

Rioolwater en aquacultuur zijn samen goed voor 4% van de totale uitstoot van stikstofoxide door de mens. Het lijkt misschien weinig vergeleken met de andere bronnen, maar ze zijn niettemin zorgwekkend. Rioolwater wordt gekenmerkt als weggegooid water dat verontreinigingen en onzuiverheden bevat die moeten worden behandeld om het milieu niet te beïnvloeden. Aquacultuur is het kweken van in het water levende organismen in besloten of gecontroleerde ruimtes, zoals het kweken van vis voor commercialisering.

De uitstoot van lachgas door het rioolwater kan op twee manieren gebeuren: door chemische en biologische omzetting tijdens de behandeling van rioolwater en door het lozen van rioolwater in zijrivieren, waarin de stikstof, die in een hoge concentratie in het rioolwater zit, door bacteriën wordt omgezet in N2O. aanwezig in de zijrivieren.

Net als bij het meststofprobleem, is het probleem in de aquacultuur de grote hoeveelheid stikstof die wordt toegepast. De grote hoeveelheid stikstof die aanwezig is in het voedsel van gekweekte organismen resulteert in een hoog stikstofgehalte in het water, dat door een chemisch en / of biologisch proces wordt omgezet in lachgas.

De belangrijkste manier om distikstofoxide uit afvalwater te verminderen, zijn zuiveringstechnieken, waardoor de hoeveelheid verdunde stikstof wordt verminderd. Sommige technieken kunnen zelfs ongeveer 80% van de verdunde stikstof verwijderen. Er moeten behandelingsbeleid en -technologieën worden aangenomen en vastgesteld om de uitstoot van lachgas te verminderen.

Technieken in de aquacultuur kunnen ook worden toegepast om de N2O-emissie te minimaliseren, wat kan zijn: integratie van landbouw en aquacultuursysteem, hergebruik van voedselrijk water om de plantage te irrigeren en waterplanten om aquatische landbouw te voeden, integratie tussen aquatische soorten, wanneer het afval van de ene soort dient als voedsel voor de andere, wijziging en optimalisatie van voedsel en nutriënten, gericht op het minimaliseren van de verdunning van stikstof in het medium.

De effecten van het gebruik van lachgas vestigen de aandacht op iets belangrijks: de planetaire limieten. Om dit thema beter te begrijpen, bekijk het artikel: "Wat zijn planetaire grenzen?"