إنتاج سماد بدون انبعاثات كربونية

أظهر باحثون في ETH Zurich ومعهد كارنيجي للعلوم كيف يمكن إنتاج سماد النيتروجين على نحو أكثر استدامة. هذا ضروري ليس فقط لحماية المناخ ، ولكن أيضًا لتقليل الاعتماد على الغاز الطبيعي المستورد وزيادة الأمن الغذائي.

وإنتاج الهيدروجين كثيف للغاية للطاقة ، ويتطلب حاليًا كميات كبيرة من الغاز الطبيعي أو - كما هو الحال في الصين - الفحم. إلى جانب وجود بصمة كربونية كبيرة مقابل ذلك ، فإن إنتاج الأسمدة النيتروجينية معرض لصدمات الأسعار في أسواق الوقود الأحفوري.

باولو جابرييلي ، كبير العلماء في مختبر الموثوقية والمخاطر الهندسة في ETH Zurich ، تعاونت مع Lorenzo Rosa ، الباحث الرئيسي في معهد كارنيجي للعلوم في ستانفورد ، الولايات المتحدة ، للتحقيق في طرق إنتاج الأسمدة النيتروجينية الخالية من الكربون.

في دراسة نُشرت في مجلة Environmental Research Letters ، خلص الباحثان إلى أن الانتقال في إنتاج النيتروجين ممكن وأن مثل هذا التحول قد يزيد أيضًا من الأمن الغذائي. ومع ذلك ، فإن طرق الإنتاج البديلة لها مزايا وعيوب. على وجه التحديد ، قام الباحثان بفحص ثلاثة بدائل:

• إنتاج الهيدروجين الضروري باستخدام الوقود الأحفوري كما هو الحال في الأعمال المعتادة ، فقط بدلاً من انبعاث غاز الدفيئة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، يتم التقاطه في مصانع الإنتاج وتخزينه بشكل دائم تحت الأرض (التقاط الكربون وتخزينه ، CSS).
  
  وهذا لا يتطلب فقط بنية تحتية لالتقاط ونقل وتخزين ثاني أكسيد الكربون ولكن أيضًا في المقابل المزيد من الطاقة. على الرغم من ذلك ، فهي طريقة إنتاج فعالة نسبيًا. ومع ذلك ، فإنه لا يفعل شيئًا لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.
• كهربة إنتاج الأسمدة باستخدام التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين. وهذا يتطلب في المتوسط ​​25 ضعفًا من الطاقة التي تتطلبها طريقة الإنتاج الحالية باستخدام الغاز الطبيعي ، لذلك يتطلب الأمر كميات هائلة من الكهرباء من مصادر خالية من الكربون.
  
  بالنسبة للبلدان التي لديها وفرة من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح ، قد يكون هذا نهجًا جذابًا. ومع ذلك ، نظرًا لخطط كهربة قطاعات أخرى من الاقتصاد باسم العمل المناخي ، فقد يؤدي ذلك إلى المنافسة على الكهرباء المستدامة.
• توليف الهيدروجين لإنتاج الأسمدة من الكتلة الحيوية. نظرًا لأنه يتطلب الكثير من الأراضي الصالحة للزراعة والمياه ، فمن المفارقات أن طريقة الإنتاج هذه تتنافس مع إنتاج الغذاء. لكن مؤلفي الدراسة يشيرون إلى أنه من المنطقي أن تكون المادة الأولية عبارة عن نفايات الكتلة الحيوية - على سبيل المثال ، مخلفات المحاصيل.

يذكر العلماء أن مفتاح النجاح من المرجح أن يكون مزيجًا من كل هذه الأساليب اعتمادًا على البلد والظروف المحلية المحددة والموارد المتاحة. على أي حال ، من الضروري أن تستخدم الزراعة الأسمدة النيتروجينية بكفاءة أكبر.

لورينزو روزا:

"معالجة مشاكل مثل الإفراط في التسميد وهدر الطعام هي أيضًا طريقة لتقليل الحاجة إلى الأسمدة."

الهند والصين في خطر

في الدراسة ، سعى العلماء أيضًا إلى تحديد دول العالم التي يتعرض فيها الأمن الغذائي حاليًا للخطر بسبب اعتمادها على واردات النيتروجين أو الغاز الطبيعي. البلدان التالية معرضة بشكل خاص لصدمات الأسعار في أسواق الغاز الطبيعي والنيتروجين: الهند والبرازيل والصين وفرنسا وتركيا وألمانيا.

إن إنتاج الأسمدة لإزالة الكربون من شأنه في كثير من الحالات أن يقلل من هذا الضعف ويزيد من الأمن الغذائي. على أقل تقدير ، ستقلل الكهرباء عبر مصادر الطاقة المتجددة أو استخدام الكتلة الحيوية من الاعتماد على واردات الغاز الطبيعي.

ومع ذلك ، وضع الباحثون هذه النقطة في منظورها الصحيح: جميع الطرق المحايدة للكربون لإنتاج الأسمدة النيتروجينية تستهلك طاقة أكثر من الطريقة الحالية لاستخدام الوقود الأحفوري. بعبارة أخرى ، لا يزالون عرضة لصدمات أسعار معينة - ليس في أسواق الغاز الطبيعي بشكل مباشر ، ولكن ربما في أسواق الكهرباء.

منتجي النيتروجين يواجهون التغيير

يشير العلماء في دراستهم إلى أن إزالة الكربون من المرجح أن يغير تشكيلة البلدان التي تنتج الأسمدة النيتروجينية. كما هو الحال ، فإن أكبر الدول المصدرة للنيتروجين هي روسيا والصين ومصر وقطر والمملكة العربية السعودية. باستثناء الصين ، التي يتعين عليها استيراد الغاز الطبيعي ، يمكن لجميع هذه البلدان الاعتماد على احتياطياتها من الغاز الطبيعي.

في المستقبل ، البلدان التي من المحتمل أن تستفيد من إزالة الكربون هي تلك التي تولد الكثير من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ولديها أيضًا احتياطيات كافية من الأراضي والمياه ، مثل كندا والولايات المتحدة.

باولو جابرييلي:

"لا يمكن الالتفاف حول حقيقة أننا بحاجة إلى جعل الطلب الزراعي على النيتروجين أكثر استدامة في المستقبل ، سواء لتلبية الأهداف المناخية أو لأسباب تتعلق بالأمن الغذائي."

تؤثر الحرب في أوكرانيا على سوق الغذاء العالمي ليس فقط لأن البلاد عادة ما تصدر الكثير من الحبوب ، ولكن أيضًا لأن الصراع دفع أسعار الغاز الطبيعي إلى الارتفاع.

وقد أدى هذا بدوره إلى ارتفاع أسعار الأسمدة النيتروجينية. ومع ذلك ، من المعروف أن بعض منتجي الأسمدة قد توقفوا عن الإنتاج ، مؤقتًا على الأقل ، لأن التكلفة الباهظة للغاز تجعل الإنتاج غير اقتصادي بالنسبة لهم.

مصدر: https://www.potatopro.com