Исследователи из ETH Zurich и Научного института Карнеги показали, как можно производить азотные удобрения более экологично. Это необходимо не только для защиты климата, но и для снижения зависимости от импортного природного газа и повышения продовольственной безопасности.
Кроме того, производство водорода является чрезвычайно энергоемким, поскольку в настоящее время требуется большое количество природного газа или, как в Китае, угля. Помимо значительного углеродного следа, производство азотных удобрений уязвимо к скачкам цен на рынках ископаемого топлива.
Паоло Габриэлли, старший научный сотрудник Лаборатории надежности и риска Инженерия в ETH Zurich сотрудничал с Лоренцо Росой, главным исследователем Института науки Карнеги в Стэнфорде, США, для исследования различных методов производства азотных удобрений с нулевым выбросом углерода.
В исследовании, опубликованном в журнале Environmental Research Letters, два исследователя пришли к выводу, что переход к производству азота возможен и что такой переход также может повысить продовольственную безопасность. Однако альтернативные методы производства имеют свои преимущества и недостатки. В частности, два исследователя рассмотрели три альтернативы:
- Производство необходимого водорода с использованием ископаемого топлива, как обычно, только вместо того, чтобы выбрасывать парниковый газ CO2 в атмосферу, он улавливается на производственных предприятиях и постоянно хранится под землей (улавливание и хранение углерода, CSS).
Для этого требуется не только инфраструктура для улавливания, транспортировки и хранения CO2, но и, соответственно, больше энергии. Несмотря на это, это сравнительно эффективный метод производства. Однако это никак не снижает зависимость от ископаемого топлива. - Электрификация производства удобрений с использованием электролиза воды для производства водорода. Это требует в среднем в 25 раз больше энергии, чем сегодняшний метод производства с использованием природного газа, поэтому потребуется огромное количество электроэнергии из углеродно-нейтральных источников.
Для стран с большим количеством солнечной или ветровой энергии это может быть привлекательным подходом. Однако, учитывая планы по электрификации других секторов экономики во имя борьбы с изменением климата, это может привести к конкуренции за устойчивое электричество. - Синтез водорода для производства удобрений из биомассы. Поскольку для этого требуется много пахотных земель и воды, по иронии судьбы этот метод производства конкурирует с производством продуктов питания. Но авторы исследования отмечают, что это имеет смысл, если исходным сырьем является отходная биомасса, например, пожнивные остатки.
Ученые утверждают, что ключом к успеху, вероятно, станет сочетание всех этих подходов в зависимости от страны, конкретных местных условий и имеющихся ресурсов. В любом случае крайне важно, чтобы сельское хозяйство более эффективно использовало азотные удобрения.
Лоренцо Роза:
«Решение таких проблем, как чрезмерное удобрение и пищевые отходы, также является способом уменьшить потребность в удобрениях».
Индия и Китай в опасности
В ходе исследования ученые также стремились выявить страны мира, в которых продовольственная безопасность в настоящее время особенно подвержена риску из-за их зависимости от импорта азота или природного газа. Следующие страны особенно уязвимы к ценовым шокам на рынках природного газа и азота: Индия, Бразилия, Китай, Франция, Турция и Германия.
Декарбонизация производства удобрений во многих случаях снизит эту уязвимость и повысит продовольственную безопасность. По крайней мере, электрификация за счет возобновляемых источников энергии или использования биомассы снизит зависимость от импорта природного газа.
Однако исследователи рассматривают этот момент в перспективе: все углеродно-нейтральные методы производства азотных удобрений являются более энергоемкими, чем нынешний метод использования ископаемого топлива. Другими словами, они по-прежнему уязвимы для определенных ценовых потрясений — не непосредственно на рынках природного газа, а, возможно, на рынках электроэнергии.
Производители азота ждут перемен
Декарбонизация, вероятно, изменит состав стран, производящих азотные удобрения, отмечают ученые в своем исследовании. В настоящее время крупнейшими странами-экспортерами азота являются Россия, Китай, Египет, Катар и Саудовская Аравия. За исключением Китая, который вынужден импортировать природный газ, все эти страны могут использовать собственные запасы природного газа.
В будущем страны, которые, вероятно, выиграют от декарбонизации, — это страны, которые производят много солнечной и ветровой энергии, а также имеют достаточные запасы земли и воды, такие как Канада и Соединенные Штаты.
Паоло Габриэлли:
«Нельзя обойти тот факт, что нам необходимо сделать сельскохозяйственный спрос на азот более устойчивым в будущем, как для достижения климатических целей, так и по соображениям продовольственной безопасности».
Война в Украине влияет на мировой рынок продовольствия не только потому, что страна обычно экспортирует много зерна, но и потому, что конфликт привел к росту цен на природный газ.
Это, в свою очередь, привело к росту цен на азотные удобрения. Тем не менее, известно, что некоторые производители удобрений прекратили производство, по крайней мере временно, потому что непомерно высокая стоимость газа делает производство для них нерентабельным.
Источник: https://www.potatopro.com
