有沒有更氣候友好的方式來施肥？ 答案可能在風中飄揚

植物自然是“太陽能驅動的”，但作為農作物種植它們會產生碳足跡。 用於為拖拉機和其他設備提供動力的燃料是該足蹟的一部分，但最大的組成部分 大約 36% 與用於製造合成氮肥的天然氣有關。

由於衝突導致全球天然氣市場中斷，加上迫切需要應對氣候變化，氮肥對化石燃料的依賴正變得難以為繼。 理想的解決方案是找到一種方法，利用當地的可再生能源生產低碳足蹟的氮氣。 那可能嗎？ 在這種情況下，答案可能就是“隨風飄揚”。

綠色植物通過光合作用從陽光中獲取生長所需的能量。 他們是這樣; 然而，它們需要營養物質——它們通過根部從土壤中吸收的礦物質。 氮、磷和鉀是植物最大的需求，在農業或園藝中，這些物質作為肥料提供。 縱觀人類歷史，氮是作物生產的最大限制元素，隨著人口的增加，可用的氮源（例如家畜糞便或鳥糞）無法滿足所需的全部需要。 為植物獲取足夠的氮所面臨的挑戰有些諷刺，因為大氣中含有 78% 的氮氣； 然而，它是相當惰性的並且對大多數生物來說是無法利用的。 剛剛超過100多年前 化肥形勢發生變化。 德國科學家弗里茨·哈伯 (Fritz Haber) 發明了一種催化劑和壓力系統，可以利用氫氣和空氣中的部分氮氣，將其轉化為植物可用的氨。 另一位名叫 Carl Bosch 的工程師完善並擴大了該工藝，到 1914 年，每天可以生產 20 噸可用氮氣。

這種“哈伯-博世”工藝在大型設施中得到最佳執行，每個設施每年通過天然氣或煤氣化生產約 1 萬噸。 天然氣由一個碳原子和四個氫原子組成，但與空氣中的氮氣反應生成氨（一個氮原子和三個氫原子）只需要氫。 在這種情況下，碳來自“化石”來源，因此構成“溫室氣體排放”。 有一種不同的產生氫氣的方法，稱為電解。 所需要的只是一些水（兩個氫原子和一個氧原子）和電。 這個過程會分解氫氣並釋放出無害的氧氣。 在這種情況下，沒有碳排放。 公共和私人研究人員一直在試驗小規模的哈伯-博世工藝來製造氨。 重點是使用風能或太陽能發電。 這個概念已經醞釀了一段時間。 例如，2009 年，明尼蘇達大學西中央研究和推廣中心耗資 3.75 萬美元建設了一座試點工廠，利用當地風力發電設施的電力，每年生產 25 噸無水氨。 明尼蘇達州工廠可再生能源總監邁克·里斯 (Mike Reese) 的採訪對此進行了描述，該採訪發表在農業貿易雜誌《玉米+大豆文摘》上。 這篇文章的標題很貼切： “憑空製造肥料？ 利用擱淺的風電生產可再生氨可以穩定氮肥價格，建立風電市場。”

那麼13年後發生了什麼？ 與任何新的化學工藝一樣，優化也需要時間。 規模經濟也使其難以與成熟的工業規模工藝（例如用於現代肥料生產的工藝）競爭。 然而，該技術的版本可能正在接近商業可行性。 A ”技術經濟分析德克薩斯理工大學的研究人員於 2020 年發表的論文得出的結論是，“全電動”氨的生產成本約為傳統商品氨的兩倍。 那是在 2022 年生長季化肥價格大幅上漲之前（參見 現代農民：“農民努力跟上化肥價格上漲的步伐).

在本文的採訪中，來自明尼蘇達大學設施的 Mike Reese 表示，該解決方案的勢頭正在增強。 隨著天然氣成本上升、可再生電力成本下降以及減緩氣候變化的承諾成為首要問題； 現在人們對這種“綠色氨”選擇產生了廣泛的興趣。 里斯說，幾家大型傳統化肥公司正在研究如何朝這個方向轉變。 里斯對該技術的描述發佈在該中心的網站上：“推動可持續能源和農業：將風裝入瓶中”。 UMN 研究人員還發表了相關的 經濟分析.

合理的方案是開發年產 30 至 200 噸的中型工廠，並將其分佈在風能和太陽能發電潛力巨大的農業地區。 這樣化肥的運輸足跡就會很小，市場也不會受到全球價格波動的影響。 顯然，需要大量的資本投資，但這可以通過氣候變化驅動的補貼或碳信用額來部分解決。 這一變化對太陽能和風能行業也將是積極的，因為它解決了高峰生產期間的利用需求，而這些需求可能與電網需求不符。 人們對氨作為一種更安全的儲存氫氣以供以後釋放的方式感興趣。 許多不同的應用.

好像這個故事還不夠積極，還有一種方法可以使化肥生產進一步“脫碳”。 生物乙醇工廠遍布美國許多農業地區。 當它們發酵來自玉米澱粉等原料的碳水化合物時，它們會排放二氧化碳，但它是“碳中性”的，因為它來自最近的作物光合作用。 然而，可以捕獲大量的氣體並將其與氨反應生成尿素，尿素是一種更容易儲存和施用的氮肥形式，並且可以轉化為其他常見配方，例如 UAN 或緩釋顆粒。 除了減少與每種產品相關的碳足蹟之外，在氨和乙醇生產之間建立這種聯繫還將具有商業和物流優勢。

總之，農業氨生產的電氣化似乎是“所設想的解決方案的一個很好的例子”生態現代主義者”他們認為技術往往是解決環境挑戰的方法。 在這種情況下，這也符合保護我們的農業經濟免受全球不穩定影響的需要。