არის თუ არა კულტურების განაყოფიერების უფრო კლიმატური გზა? პასუხი შეიძლება იყოს ქარში

მცენარეები ბუნებრივად არიან „მზის ენერგიაზე“, მაგრამ არსებობს ნახშირბადის ნაკვალევი, რომელიც დაკავშირებულია მათ მოსავალად გაზრდასთან. საწვავი, რომელიც გამოიყენება ტრაქტორებისა და სხვა აღჭურვილობის დასამუშავებლად, ამ ნაკვალევის ნაწილია, მაგრამ ყველაზე დიდი კომპონენტი 36%-იანი შეკვეთით ასოცირდება ბუნებრივ აირთან, რომელიც გამოიყენება სინთეზური აზოტის სასუქების დასამზადებლად.

ბუნებრივი გაზის გლობალურ ბაზარზე კონფლიქტის შედეგად გამოწვეულ შეფერხებებსა და კლიმატის ცვლილების გადაუდებელ აუცილებლობას შორის, აზოტოვანი სასუქის დამოკიდებულება წიაღისეულ საწვავზე გაუსაძლისი ხდება. იდეალური გამოსავალი იქნება აზოტის დაბალი ნახშირბადის ანაბეჭდის მიწოდების გზის პოვნა ადგილობრივი, განახლებადი ენერგიის გამოყენებით. Ეს შესაძლებელია? ამ შემთხვევაში პასუხი შეიძლება სიტყვასიტყვით იყოს „ქარში აფეთქება“.

მწვანე მცენარეები მზისგან ზრდის ენერგიას ფოტოსინთეზის პროცესში იღებენ. Ისინი აკეთებენ; თუმცა მათ სჭირდებათ საკვები ნივთიერებები - მინერალები, რომლებსაც ისინი ნიადაგიდან ფესვების მეშვეობით შთანთქავენ. აზოტი, ფოსფორი და კალიუმი მცენარის ყველაზე დიდი მოთხოვნილებაა და სოფლის მეურნეობაში ან მებაღეობაში მათ მიეწოდება სასუქის სახით. კაცობრიობის ისტორიის მანძილზე აზოტი იყო ყველაზე შემზღუდველი ელემენტი მოსავლის წარმოებისთვის და რამდენადაც მოსახლეობა გაიზარდა აზოტის ხელმისაწვდომი წყაროები, როგორიცაა შინაური ცხოველების ნაკელი ან ფრინველის გუანო, ვერ უზრუნველყოფდა ყველაფერს, რაც იყო საჭირო. მცენარეებისთვის საკმარისი აზოტის მიღების გამოწვევა გარკვეულწილად ირონიულია, რადგან ატმოსფერო შეიცავს 78% აზოტს; თუმცა, ის საკმაოდ ინერტული და მიუწვდომელია ცოცხალი არსებების უმეტესობისთვის. სულ რაღაც 100 წლის წინ შეიცვალა სასუქის მდგომარეობა. გერმანელმა მეცნიერმა, სახელად ფრიც ჰაბერმა, მოიფიქრა კატალიზატორი და წნევის სისტემა, რათა გამოიყენოს წყალბადი და ჰაერში არსებული აზოტის ნაწილი და გადააქციოს იგი ამიაკად, რაც მცენარეებისთვის ხელმისაწვდომი ფორმაა. კიდევ ერთმა ინჟინერმა, სახელად კარლ ბოშმა, დაასრულა და გააფართოვა პროცესი ისე, რომ 1914 წლისთვის შესაძლებელი იყო დღეში 20 ტონა გამოსაყენებელი აზოტის წარმოება.

ეს "ჰაბერ-ბოშის" პროცესი ოპტიმალურად ხორციელდება ფართომასშტაბიან ობიექტებში, რომელთაგან თითოეული აწარმოებს წელიწადში 1 მილიონი ტონა ბუნებრივი აირის წყაროებიდან ან ნახშირის გაზიფიკაციის გზით. ბუნებრივი აირი შედგება ერთი ნახშირბადის და ოთხი წყალბადის ატომისგან, მაგრამ მხოლოდ წყალბადია საჭირო ჰაერში აზოტთან ურთიერთობისთვის ამიაკის შესაქმნელად (ერთი N ატომი წყალბადის სამი ატომით). ნახშირბადი ამ შემთხვევაში არის "წიაღისეული" წყაროდან, ამიტომ იგი წარმოადგენს "სათბურის აირების გამოყოფას". წყალბადის წარმოქმნის სხვა გზა არსებობს, რომელსაც ელექტროლიზი ეწოდება. საჭიროა მხოლოდ წყალი (ორი წყალბადის ატომი და ერთი ჟანგბადის ატომი) და ელექტროენერგია. ეს პროცესი ყოფს წყალბადს და გამოყოფს უვნებელ ჟანგბადს. ამ სცენარში არ არის ნახშირბადის გამონაბოლქვი. საჯარო და კერძო მკვლევარები ცდილობდნენ მცირე მასშტაბის Haber-Bosch-ის პროცესებს ამიაკის შესაქმნელად. აქცენტი გაკეთდა ქარის ან მზის მიერ გამომუშავებული ელექტროენერგიის გამოყენებაზე. ეს კონცეფცია გარკვეული პერიოდის განმავლობაში მუშაობდა. მაგალითად, 2009 წელს მინესოტას უნივერსიტეტის დასავლეთის ცენტრალური კვლევისა და გარემოსდაცვითი ცენტრის საპილოტე ქარხანა 3.75 წელს იყენებდა ელექტროენერგიას ადგილობრივი ქარის ელექტროსადგურიდან წელიწადში 25 ტონა უწყლო ამიაკის წარმოებისთვის. ეს აღწერილია მაიკ რისთან ინტერვიუში, განახლებადი ენერგიის დირექტორთან მინესოტას დაწესებულებაში, რომელიც გამოქვეყნდა სასოფლო-სამეურნეო სავაჭრო ჟურნალში Corn+Soybean Digest. სტატიას სათანადო სათაური ჰქონდა: „სასუქის დამზადება ჰაერიდან? განახლებადი ამიაკის დასამზადებლად მიჯაჭვული ქარის ენერგიის გამოყენებამ შეიძლება N ფასების სტაბილიზება და ქარის ენერგიის ბაზრის შექმნა.

რა ხდება 13 წლის შემდეგ? როგორც ნებისმიერ ახალ ქიმიურ პროცესს, მას დრო სჭირდება ოპტიმიზაციისთვის. ასევე არსებობს მასშტაბის ეკონომიკა, რომელიც ართულებს კონკურენციას კარგად დამკვიდრებულ, სამრეწველო მასშტაბის პროცესებთან, როგორიც თანამედროვე სასუქის წარმოებისთვის გამოიყენება. თუმცა შესაძლებელია, რომ ამ ტექნოლოგიის ვერსიები უახლოვდება კომერციულ მიზანშეწონილობას. A "ტექნო-ეკონომიკური ანალიზი2020 წელს გამოქვეყნებულმა Texas Tech-ის მკვლევარებმა დაასკვნეს, რომ „მთლიანად ელექტრო“ ამიაკი შეიძლება წარმოებულიყო ორჯერ მეტი ღირებულებით, ვიდრე ჩვეულებრივი სასაქონლო ამიაკი. ეს იყო 2022 წლის მზარდი სეზონისთვის სასუქის ფასების დრამატულ ზრდამდე (იხ. თანამედროვე ფერმერი: „ფერმერები იბრძვიან სასუქის ფასების ზრდისთვის).

ამ სტატიისთვის მიცემულ ინტერვიუში მაიკ რიზი მინესოტას უნივერსიტეტის დაწესებულებიდან ამბობს, რომ იმპულსი იქმნება ამ გადაწყვეტისთვის. ბუნებრივი აირის ღირებულების მატებასთან ერთად, განახლებადი ელექტროენერგიის ხარჯები მცირდება და კლიმატის ცვლილების შერბილების ვალდებულებები წინა პლანზე მოდის; ახლა არის ფართო ინტერესი ამ სახის "მწვანე ამიაკის" ვარიანტის მიმართ. რიზი ამბობს, რომ რამდენიმე ფართომასშტაბიანი, ჩვეულებრივი სასუქის კომპანია ეძებს, თუ როგორ შეიძლება გადავიდნენ ამ მიმართულებით. რიზის ამ ტექნოლოგიის აღწერა განთავსებულია ცენტრის ვებსაიტზე: “მდგრადი ენერგიისა და სოფლის მეურნეობის საწვავი: ქარის ჩადება ბოთლში.” UMN-ის მკვლევარებმა ასევე გამოაქვეყნეს დაკავშირებული ეკონომიკური ანალიზი.

ლოგიკური სცენარია საშუალო მასშტაბის ქარხნების განვითარება 30-დან 200 ტონა/წლიური დიაპაზონში და მათი განთავსება სასოფლო-სამეურნეო რეგიონებში, სადაც არის ქარისა და მზის ელექტროენერგიის გამომუშავების დიდი პოტენციალი. ამგვარად, სასუქის სატრანსპორტო კვალი მცირე იქნება და ბაზარი იზოლირებული იქნება გლობალური ფასების რყევებისგან. ცხადია, რომ საჭირო იქნება მნიშვნელოვანი კაპიტალის ინვესტიციები, მაგრამ ეს შეიძლება ნაწილობრივ გადაიჭრას კლიმატის ცვლილებაზე ორიენტირებული სუბსიდიების ან ნახშირბადის კრედიტების მეშვეობით. ეს ცვლილება ასევე პოზიტიური იქნება მზის და ქარის ენერგეტიკის სექტორისთვის, რადგან ის ითვალისწინებს მათი გამოყენების საჭიროებას წარმოების პიკის პერიოდებში, რაც შეიძლება არ შეესაბამებოდეს ქსელის მოთხოვნას. არსებობს დამოუკიდებელი ხაზი ამიაკის მიმართ, როგორც წყალბადის შესანახად უფრო უსაფრთხო საშუალებად შემდგომი გამოთავისუფლებისთვის ბევრი სხვადასხვა აპლიკაცია.

თითქოს ეს ამბავი უკვე საკმარისად პოზიტიური არ იყო, არსებობს გზა, რომ სასუქის წარმოება შეიძლება კიდევ უფრო "დეკარბონიზდეს". არსებობს ბიოეთანოლის მცენარეები, რომლებიც გავრცელებულია აშშ-ს ბევრ ფერმერულ რეგიონში. როდესაც ისინი დუღენ საკვების მარაგებიდან, როგორიცაა სიმინდის სახამებელი, ნახშირწყლები, ისინი გამოყოფენ CO2-ს, მაგრამ ის „ნახშირბადის ნეიტრალურია“ იმით, რომ იგი მოდის ბოლოდროინდელი მოსავლის ფოტოსინთეზიდან. თუმცა, შესაძლებელია აირის ამ უხვი მარაგის დაჭერა და მასზე რეაგირება ამიაკით, რათა წარმოიქმნას შარდოვანა, რომელიც არის აზოტოვანი სასუქის უფრო ადვილად შესანახი და გამოყენებული ფორმა და რომელიც შეიძლება გარდაიქმნას სხვა ჩვეულებრივ ფორმულირებებში, როგორიცაა UAN ან ნელი გამოშვების მარცვლები. . ამიაკისა და ეთანოლის წარმოებას შორის ამ კავშირის დამყარებას ექნება როგორც საქმიანი, ასევე ლოგისტიკური უპირატესობები თითოეულ პროდუქტთან დაკავშირებული ნახშირბადის ანაბეჭდის შემცირების გარდა.

დასასრულს, სოფლის მეურნეობისთვის ამიაკის წარმოების ელექტრიფიკაცია, როგორც ჩანს, შესანიშნავი მაგალითია იმ სახის გადაწყვეტისა, რომელიც გათვალისწინებულია ”ეკომოდერნისტები” რომლებიც ამტკიცებენ, რომ ტექნოლოგია ხშირად არის გამოსავალი გარემოსდაცვითი გამოწვევებისთვის. ამ შემთხვევაში, ეს ასევე შეესაბამება ჩვენი ფერმის ეკონომიკის დაცვის საჭიროებას გლობალური არასტაბილურობისგან.