Mahsulleri Gübrelemenin Daha İklim Dostu Bir Yolu Var mı? Cevap Rüzgarda Esiyor Olabilir

Bitkiler doğal olarak “güneş enerjisiyle çalışır” ancak onları ürün olarak yetiştirmenin karbon ayak izi vardır. Traktörlere ve diğer ekipmanlara güç sağlamak için kullanılan yakıt bu ayak izinin bir parçasıdır, ancak en büyük bileşen %36 civarında sentetik azotlu gübrelerin yapımında kullanılan doğal gazla ilişkilidir.

Küresel doğal gaz piyasasındaki çatışmalardan kaynaklanan aksaklıklar ve iklim değişikliğine acil çözüm bulma ihtiyacı arasında, azotlu gübrenin fosil yakıtlara bağımlılığı savunulamaz hale geliyor. İdeal çözüm, yerel, yenilenebilir enerji kullanarak düşük karbon ayak izine sahip nitrojen tedariki sağlamanın bir yolunu bulmak olacaktır. Mümkün mü? Bu durumda cevap kelimenin tam anlamıyla "rüzgârda esmek" olabilir.

Yeşil bitkiler büyümek için gerekli enerjiyi fotosentez yoluyla güneşten alırlar. Onlar yapar; ancak kökleri aracılığıyla topraktan emdikleri besinlere, minerallere ihtiyaç duyarlar. Azot, Fosfor ve Potasyum bitkinin en büyük ihtiyaçlarıdır ve tarımda veya bahçecilikte gübre olarak sağlanırlar. İnsanlık tarihi boyunca nitrojen, bitkisel üretim için en sınırlayıcı unsurdu ve nüfus arttıkça evcil hayvan gübresi veya kuş gübresi gibi mevcut nitrojen kaynakları ihtiyaç duyulan her şeyi sağlayamadı. Bitkiler için yeterli nitrojen almanın zorluğu biraz ironiktir çünkü atmosfer %78 nitrojen gazı içerir; ancak oldukça hareketsizdir ve çoğu canlı için kullanılamaz. 100'in hemen üstünde gübre durumu değişti. Fritz Haber adlı Alman bilim adamı, havadaki hidrojeni ve nitrojenin bir kısmını kullanarak bitkilerin kullanabileceği bir form olan amonyağa dönüştürecek bir katalizör ve basınç sistemi geliştirdi. Carl Bosch adlı başka bir mühendis, süreci mükemmelleştirdi ve ölçeğini büyüttü; böylece 1914 yılına gelindiğinde günde 20 ton kullanılabilir nitrojen üretmek mümkün oldu.

Bu “Haber-Bosch” prosesi, her biri doğalgaz kaynaklarından veya kömür gazlaştırma yoluyla yılda 1 milyon ton civarında üretim yapan büyük ölçekli tesislerde en iyi şekilde gerçekleştiriliyor. Doğal gaz bir karbon ve dört hidrojen atomundan oluşur, ancak amonyak (üç hidrojen atomlu bir N atomu) oluşturmak için havadaki nitrojenle reaksiyona girmesi gereken yalnızca hidrojendir. Bu durumda karbon “fosil” bir kaynaktan geliyor ve bu da bir “sera gazı emisyonu” oluşturuyor. Hidrojen üretmenin elektroliz adı verilen farklı bir yolu vardır. İhtiyaç duyulan tek şey biraz su (iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu) ve elektriktir. Bu işlem hidrojeni ayırır ve zararsız oksijeni açığa çıkarır. Bu senaryoda karbon emisyonu yoktur. Kamu ve özel araştırmacılar, amonyak üretimi için küçük ölçekli Haber-Bosch süreçlerini deniyorlar. Rüzgar veya güneş enerjisiyle üretilen elektriğin kullanımına odaklanıldı. Bu konsept bir süredir üzerinde çalışılıyor. Örneğin, 2009 yılında Minnesota Üniversitesi'nin West Central Araştırma ve Sosyal Yardım Merkezi'ndeki 3.75 milyon dolarlık bir pilot tesis, yılda 25 ton susuz amonyak üretmek için yerel bir rüzgar enerjisi tesisinden gelen elektriği kullanıyordu. Bu, Minnesota tesisinin Yenilenebilir Enerji Direktörü Mike Reese ile Corn+Soybean Digest adlı tarımsal ticaret dergisinde yayınlanan bir röportajda anlatıldı. Makalenin başlığı çok uygundu: “İnce Havadan Gübre mi Yapacaksınız? Yenilenebilir Amonyak Üretmek için Bölünmüş Rüzgar Enerjisini Kullanmak N Fiyatları İstikrarlı Hale Getirebilir, Rüzgar Enerjisi Piyasaları Oluşturabilir.”

Peki 13 yıl sonra ne oluyor? Her yeni kimyasal proseste olduğu gibi optimizasyon zaman alır. Modern gübre üretiminde kullanılana benzer, iyi kurulmuş, endüstriyel ölçekteki süreçlerle rekabet etmeyi zorlaştıran ölçek ekonomileri de vardır. Ancak bu teknolojinin versiyonlarının ticari fizibiliteye yaklaşması da mümkündür. A "Tekno-Ekonomik AnalizTexas Tech'teki araştırmacılar tarafından 2020'de yayınlanan "tamamen elektrikli" amonyağın, geleneksel ticari amonyak maliyetinin yaklaşık iki katı maliyetle üretilebileceği sonucuna vardı. Bu, 2022 büyüme sezonunda gübre fiyatlarında görülen dramatik artışlardan önceydi (bkz. Modern Çiftçi: “Çiftçiler Artan Gübre Fiyatlarına Ayak Uydurmakta Zorlanıyor).

Bu makale için yapılan bir röportajda Minnesota Üniversitesi tesisinden Mike Reese, bu çözüme yönelik ivmenin arttığını söylüyor. Doğal gaz maliyetinin artması, yenilenebilir elektrik maliyetlerinin düşmesi ve iklim değişikliğiyle mücadeleye yönelik taahhütlerin ön plana çıkmasıyla; artık bu tür bir “yeşil amonyak” seçeneğine geniş bir ilgi var. Reese, birçok büyük ölçekli geleneksel gübre şirketinin bu yöne nasıl geçiş yapabileceklerini araştırdığını söylüyor. Reese'in bu teknolojiye ilişkin açıklaması merkezin web sitesinde yayınlanıyor: “Sürdürülebilir Enerjiyi ve Tarımı Beslemek: Rüzgarı Şişeye Koymak.” UMN araştırmacıları ayrıca konuyla ilgili bir makale yayınladılar. ekonomik analiz.

Mantıklı bir senaryo, 30 ila 200 ton/yıl aralığında orta ölçekli tesisler geliştirmek ve bunları rüzgâr ve güneş enerjisi üretimi için bol miktarda potansiyelin bulunduğu tarım bölgelerine yerleştirmektir. Bu şekilde gübrenin nakliye ayak izi küçük olacak ve pazar, küresel fiyat dalgalanmalarından yalıtılmış olacaktır. Açıkçası önemli miktarda sermaye yatırımına ihtiyaç duyulacaktır, ancak bu kısmen iklim değişikliğine dayalı sübvansiyonlar veya karbon kredileri yoluyla çözülebilir. Bu değişiklik aynı zamanda güneş ve rüzgar enerjisi sektörü için de olumlu olacaktır çünkü bu, şebeke talebiyle uyumlu olmayabilecek yoğun üretim dönemlerindeki kullanım ihtiyaçlarını karşılamaktadır. Hidrojeni daha sonra serbest bırakmak üzere depolamanın daha güvenli bir yolu olarak amonyağa bağımsız bir ilgi alanı vardır. birçok farklı uygulama.

Sanki bu hikaye zaten yeterince olumlu değilmiş gibi, gübre üretiminin daha da “karbonsuzlaştırılması”nın bir yolu var. ABD'nin birçok tarım bölgesine yayılmış biyoetanol bitkileri var. Mısır nişastası gibi yem stoklarındaki karbonhidratları fermente ederken CO2 yayarlar, ancak bu son mahsul fotosentezinden geldiği için "karbon nötrdür". Bununla birlikte, bol miktardaki gazı yakalamak ve onu amonyakla reaksiyona sokarak nitrojen gübresinin daha kolay depolanan ve uygulanan bir formu olan ve UAN veya yavaş salınımlı peletler gibi diğer yaygın formülasyonlara dönüştürülebilen üre üretmek mümkündür. . Amonyak ve etanol üretimi arasındaki bu bağlantıyı kurmak, her bir ürünle ilişkili karbon ayak izinin azaltılmasına ek olarak hem ticari hem de lojistik avantajlara sahip olacaktır.

Sonuç olarak, tarım için amonyak üretiminin elektrifikasyonu, " tarafından öngörülen çözüm türünün mükemmel bir örneği gibi görünmektedir.ekomodernistlerTeknolojinin çoğu zaman çevresel zorluklara çözüm olduğunu savunan kişiler. Bu durumda bu aynı zamanda tarım ekonomimizi küresel istikrarsızlıktan koruma ihtiyacıyla da örtüşüyor.