Mayroon bang Higit pang Paraan na Paraan sa Pagpapataba ng mga Pananim? Ang Sagot ay Maaaring Hihip ng Hangin

Ang mga halaman ay natural na "solar powered," ngunit mayroong carbon footprint na nauugnay sa pagpapalaki ng mga ito bilang isang pananim. Ang gasolina na ginagamit sa pagpapagana ng mga traktor at iba pang kagamitan ay bahagi ng yapak na iyon, ngunit ang pinakamalaking bahagi sa pagkakasunud-sunod ng 36% ay nauugnay sa natural na gas na ginagamit sa paggawa ng synthetic nitrogen fertilizers.

Sa pagitan ng mga kaguluhan na dulot ng salungatan sa pandaigdigang merkado ng natural na gas at ang agarang pangangailangan na tugunan ang pagbabago ng klima, ang pagdepende ng nitrogen fertilizer sa fossil fuel ay nagiging hindi na maaabot. Ang mainam na solusyon ay ang maghanap ng paraan upang makagawa ng mababang carbon footprint na supply ng nitrogen gamit ang lokal, nababagong enerhiya. pwede ba yun? Sa kasong ito, ang sagot ay maaaring literal na "humihip sa hangin."

Ang mga berdeng halaman ay nakakakuha ng enerhiya na lumago mula sa araw sa pamamagitan ng proseso ng photosynthesis. Ginagawa nila; gayunpaman, nangangailangan ng mga sustansya - mga mineral na sinisipsip nila mula sa lupa sa pamamagitan ng kanilang mga ugat. Ang Nitrogen, Phosphorus at Potassium ay ang pinakamalaking pangangailangan ng halaman at sa agrikultura o paghahalaman ang mga ito ay ibinibigay bilang mga pataba. Sa buong kasaysayan ng tao, ang nitrogen ay ang pinaka-naglilimita na elemento para sa produksyon ng pananim, at habang dumarami ang populasyon, ang mga available na mapagkukunan ng nitrogen tulad ng dumi ng alagang hayop o guano ng ibon ay hindi makapagbigay ng lahat ng kailangan. Ang hamon sa pagkuha ng sapat na nitrogen para sa mga halaman ay medyo ironic dahil ang atmospera ay naglalaman ng 78% nitrogen gas; gayunpaman, ito ay medyo inert at hindi magagamit sa karamihan ng mga nabubuhay na bagay. Lamang higit sa 100 taon na ang nakaraan nagbago ang sitwasyon ng pataba. Isang German scientist na nagngangalang Fritz Haber ang nakaisip ng isang catalyst at pressure system para gamitin ang hydrogen at ilan sa nitrogen sa hangin at gawin itong ammonia na isang form na magagamit ng mga halaman. Isa pang inhinyero na nagngangalang Carl Bosch ang nagperpekto at pinalaki ang proseso upang pagsapit ng 1914 ay posibleng makagawa ng 20 tonelada/araw ng magagamit na nitrogen.

Ang prosesong "Haber-Bosch" na ito ay mahusay na ginagampanan sa malalaking pasilidad na bawat isa ay gumagawa sa pagkakasunud-sunod ng 1 milyong tonelada bawat taon alinman mula sa mga pinagmumulan ng natural na gas o sa pamamagitan ng coal gasification. Ang natural na gas ay binubuo ng isang carbon at apat na hydrogen atoms, ngunit ito ay ang hydrogen lamang ang kailangan upang tumugon sa nitrogen sa hangin upang makagawa ng ammonia (isang N atom na may tatlong hydrogen atoms). Ang carbon sa kasong iyon ay mula sa isang "fossil" na pinagmulan kaya ito ay bumubuo ng isang "greenhouse gas emission." Mayroong ibang paraan upang makabuo ng hydrogen na tinatawag na electrolysis. Ang kailangan lang ay ilang tubig (dalawang hydrogen atoms at isang oxygen atom) at kuryente. Ang prosesong ito ay naghihiwalay sa hydrogen at naglalabas ng hindi nakakapinsalang oxygen. Sa sitwasyong ito ay walang carbon emission. Ang mga pampubliko at pribadong mananaliksik ay nag-eeksperimento sa maliliit na proseso ng Haber-Bosch upang makagawa ng ammonia. Nakatuon ang pansin sa paggamit ng wind- o solar-generated na kuryente. Ang konsepto na ito ay nasa mga gawa sa loob ng ilang panahon. Halimbawa noong 2009 ang isang $3.75 milyon na pilot plant para sa West Central Research and Outreach Center ng University of Minnesota ay gumagamit ng kuryente mula sa isang lokal na pasilidad ng wind power upang makagawa ng 25 tonelada ng anhydrous ammonia bawat taon. Ito ay inilarawan sa isang panayam kay Mike Reese, ang Renewable Energy Director sa pasilidad ng Minnesota na na-publish sa agricultural trade journal na Corn+Soybean Digest. Ang artikulo ay angkop na pinamagatang: “Gumawa ng Fertilizer Mula sa Manipis na Hangin? Ang Paggamit ng Stranded Wind Power upang Gumawa ng Renewable Ammonia ay Maaaring Magpatatag ng N Mga Presyo, Magtayo ng Mga Wind-Power Market."

Kaya ano ang nangyayari pagkalipas ng 13 taon? Tulad ng anumang bagong proseso ng kemikal ay nangangailangan ng oras para sa pag-optimize. Mayroon ding mga economies of scale na nagpapahirap sa pakikipagkumpitensya sa isang mahusay na itinatag, industriyal-scale na proseso tulad ng ginagamit para sa modernong paggawa ng pataba. Gayunpaman posible na ang mga bersyon ng teknolohiyang ito ay lumalapit sa isang komersyal na pagiging posible. isang "Pagsusuri ng Techno-Economic” na inilathala noong 2020 ng mga mananaliksik sa Texas Tech ay napagpasyahan na ang "lahat ng electric" na ammonia ay maaaring gawin sa humigit-kumulang dalawang beses sa halaga ng conventional commodity ammonia. Iyon ay bago ang mga kapansin-pansing pagtaas na nakita sa mga presyo ng pataba para sa 2022 na lumalagong panahon (tingnan Makabagong Magsasaka: “Nakikibaka ang mga Magsasaka na Makasabay sa Tumataas na Presyo ng Fertilizer).

Sa isang panayam para sa artikulong ito, sinabi ni Mike Reese mula sa pasilidad ng Unibersidad ng Minnesota na ang momentum ay bumubuo para sa solusyon na ito. Sa pagtaas ng halaga ng natural gas, bumababa ang mga gastos sa nababagong kuryente at nangunguna ang mga pangako sa pagpapagaan ng pagbabago ng klima; mayroon na ngayong malawak na interes sa ganitong uri ng opsyon na "berdeng ammonia". Sinabi ni Reese na tinitingnan ng ilan sa malakihan, kumbensyonal na kumpanya ng pataba kung paano sila maaaring lumipat sa direksyong ito. Ang paglalarawan ni Reese sa teknolohiyang ito ay naka-post sa website ng sentro: “Pagpapagatong ng Sustainable Energy at Agrikultura: Paglalagay ng Hangin sa Isang Bote.” Ang mga mananaliksik ng UMN ay naglathala din ng isang kaugnay ekonomiya na pagtatasa.

Ang isang lohikal na senaryo ay ang bumuo ng mga medium-scale na halaman sa hanay na 30 hanggang 200 tonelada/taon at hanapin ang mga ito sa buong mga rehiyong agrikultural kung saan maraming potensyal para sa pagbuo ng hangin at solar na kuryente. Sa ganoong paraan ang transport footprint ng pataba ay magiging maliit at ang merkado ay magiging insulated mula sa pandaigdigang pagbabago ng presyo. Malinaw na magkakaroon ng pangangailangan para sa malaking pamumuhunan sa kapital, ngunit maaaring bahagyang matugunan iyon sa pamamagitan ng mga subsidyong dulot ng pagbabago ng klima o sa pamamagitan ng mga carbon credit. Magiging positibo rin ang pagbabagong ito para sa sektor ng solar at wind energy dahil tinutugunan nito ang kanilang pangangailangan para sa paggamit sa panahon ng peak production period na maaaring hindi naaayon sa grid demand. Mayroong isang independiyenteng linya ng interes sa ammonia bilang isang mas ligtas na paraan ng pag-iimbak ng hydrogen para sa paglabas sa ibang pagkakataon maraming iba't ibang mga aplikasyon.

Para bang ang kuwentong ito ay hindi pa sapat na positibo, mayroong isang paraan na ang paggawa ng pataba ay maaaring higit pang "decarbonized." May mga bioethanol na halaman na kumakalat sa maraming rehiyon ng pagsasaka sa US. Kapag nagbuburo sila ng mga carbohydrate mula sa mga stock ng feed tulad ng corn starch, naglalabas sila ng CO2, ngunit ito ay "neutral na carbon" dahil nagmumula ito sa kamakailang crop photosynthesis. Gayunpaman, posibleng makuha ang masaganang supply ng gas at i-react ito ng ammonia upang makagawa ng urea na isang mas madaling imbak at inilapat na anyo ng nitrogen fertilizer at isa na maaaring ma-convert sa iba pang mga karaniwang formulation tulad ng UAN o slow-release pellets. . Ang paggawa ng link na ito sa pagitan ng produksyon ng ammonia at ethanol ay magkakaroon ng parehong negosyo at logistical na mga pakinabang bilang karagdagan sa mga pagbawas ng carbon footprint na nauugnay sa bawat produkto.

Sa konklusyon, ang electrification ng produksyon ng ammonia para sa agrikultura ay lumilitaw na isang mahusay na halimbawa ng uri ng solusyon na nakikita ng "mga ekomodernista” na nangangatwiran na ang teknolohiya ang kadalasang solusyon sa mga hamon sa kapaligiran. Sa kasong ito, naaayon din sa pangangailangang protektahan ang ating ekonomiya ng sakahan mula sa pandaigdigang kawalang-tatag.