שיפור איכות אוויר ותיקון מערכת אקולוגית

יש כל כך הרבה דגש על האופן שבו פחמן דו חמצני (CO₂) ומתאן (CH4) תורמים לגזי חממה, אבל תחמוצות חנקן מוערכות להיות חזקות פי 300 מ-CO₂ מבחינת השפעתם על שינוי האקלים.

מקורות לזיהום תחמוצת חנקן

תחמוצות חנקן (NOx = NO + NO2) הן מרכיב עיקרי של זיהום אוויר - גורם מוביל למוות בטרם עת בבני אדם ולירידה במגוון הביולוגי ברחבי העולם. גזים אלו הם בין המרכיבים החשובים ביותר של זיהום אוויר ולפי ארגון הבריאות העולמי (WHO), תחמוצות חנקן אחראיות לאחד מכל שמונה מקרי מוות בטרם עת ברחבי העולם.

חנקן דו חמצני (NO₂) מסווג כחומר מסוכן ביותר, הכפוף לדרישות דיווח מחמירות על ידי מתקנים המייצרים, מאחסנים או משתמשים בו בכמויות משמעותיות. המקורות הבולטים ביותר של זיהום NO₂ מגיעים מ:

מנועי בעירה פנימית

מחממי עשן סיגריות, בוטאן ונפט

קרקעות חקלאיות מופרות בכבדות

עובדים חקלאיים שנחשפו ל-NO₂ העולה כתוצאה מפירוק תבואה בממגורות

שינויים קטנים ביום-יום ב-NO2 עלולים לגרום לשינויים בתפקוד הריאות. חשיפה כרונית ל-NO2 יכולה לגרום להשפעות נשימתיות כולל דלקת בדרכי הנשימה אצל אנשים בריאים ותסמינים נשימתיים מוגברים אצל אנשים עם אסתמה.

חשיפות תעסוקתיות של NO2 מהוות את הסיכון הגבוה ביותר לרעילות ולעתים קרובות הוא גבוה עבור ;

חקלאים, במיוחד אלה העוסקים בדגן מזון

כבאים ואנשי צבא, במיוחד אותם קצינים העוסקים בחומרי נפץ.

גבוה עבור רתכי קשת

שוטרי תנועה

צוות תעופה וחלל

כורים ו

אנשים בעלי מקצועות הקשורים לחומצה חנקתית.

גידול בעלי חיים.I

מעלי גירה הם ממירי N גרועים, מכיוון שרק כ-5-30% מה-N הנבלע נלקח על ידי בעל החיים ו-70-95% הנותרים מופרשים באמצעות צואה ושתן. כתוצאה מכך, עומסי ה-N בהפרשות החיות עולים לרוב על דרישות הצמחים וחשופים לאובדן כתוצאה מפליטת גזים וטיטוף.

  זיהום אוויר במגזר זה של חקלאות, נובע מהנידוף של N לאמוניה (NH3) ותחמוצת חנקן (N2O) מהזבל. מיחזור חנקן באמצעות זבל יצר השפעה מהותית על הסביבה, לאור הגידול הגדול בייצור הזבל מאז התקופה הקדם-תעשייתית (~ 120 Tg N yr-1). פליטת חנקן תגובתי חקלאית, בעיקר של אמוניה (NH3), מהווה את החלק הגדול ביותר של פליטת חנקן תגובתי לאטמוספירה. פליטות חנקן תגובתיות מזבל ודשן סינטטי תורמות באופן משמעותי לפגיעה באיכות האוויר: פליטת ה-NOx גורמת לייצור אוזון משמעותי ופליטת אמוניה משפיעה על PM10 ו-PM2.5 האטמוספריים. פליטות חקלאיות של אמוניה הן קטגוריית המקור הגדולה ביותר ל-PM2.5 על חלקים גדולים של כדור הארץ. שקיעת חנקן הנובעת מיישומי זבל ודשן סינטטי מפעילה מנוף משמעותי על מחזור הפחמן האטמוספרי באמצעות השפעתו על צמיחת הצמח.

מחקרים גילו כי היעילות בשימוש ב-N על ידי פרות מניקות נעה בין 8.96 ל-27.82% בקולומביה, אשר לפי מספר בעלי החיים ליחידת שטח יכולה ליצור פליטות משמעותיות של עד 374 ק"ג של N ha-1 שנה. −1 מזבל.

אדמות חקלאות ואחסון תבואה. II

בעוד שחקלאות היא מקור חשוב ל-NOx, אסטרטגיות להפחתת פליטות לא נקודתיות יצטרכו לשלב תרופות לניהול קרקע השונות באופן מהותי ממקורות דלק מאובנים.

במדינת קליפורניה, למשל, נמצא שאדמות גידולים מופרות מהוות 20 עד 32% מסך פליטות ה-NOx-N מכל מגזרי המדינה, בעוד שקרקעות טבעיות מהוות 5 עד 9%. נקודות חמות מרחביות לפליטות גבוהות של NOx בקרקע מזוהות למחוזות הדרום של המדינה, שם מזוהה נקודה חמה לפליטות באזורים שבהם האקלים חם וצחיח יחסית. עם המגמה ההולכת וגוברת של עליית טמפרטורות ברחבי העולם, העלייה המושפעת מהאקלים בפליטות ה-NOx צפויה להשפיע על אזורים מצפון למדינות הנורדיות, בהן הטמפרטורות מגיעות לרמות גבוהות חסרות תקדים בקיץ.

ההערכה היא שקרקעות חקלאיות המבוססות על דשן אחראיות לכ-30% ממקורות ה-NOx העולמיים. בניגוד לנזילות הגבוהות מקרקעות חקלאיות מופרות (~ 19.8 ק"ג של N ha-1 שנה-1), פליטת NOx ממערכות אקולוגיות טבעיות נמוכה בהרבה (~1.0 ק"ג של N ha-1 שנה-1). כאשר דשנים מינרליים מיושמים באופן בלעדי, למשל, יישום צורות שונות של דשן (לדוגמה, דשנים בשחרור איטי) או הפחתת יישומי N ושימוש בחקלאות מדויקת כדי לכוון לשלבי התפתחות, גישות כאלה מצביעות על ירידה בהפסדי דשן N מאדמת אדמה. בתרחישים בהם בוצעו תיקונים אורגניים, תוך הפרדה בין עיתוי היישום של חנקן מינרלי ודשן אורגני, נצפו פליטות NOx כמפחיתות.

תצפית זו מצביעה על התפקיד הקריטי של תשומות חנקן בדשן, בהגברת קצב פליטת ה-NOx מחיידקי קרקע ומצביעה על צורך דחוף באסטרטגיות שיקום חכמות ויעילות יותר. אותו דשן המשמש להאצת גידול היבול, יהיה בתורו אותו מקור לירידה ביבול ולמגוון ביולוגי מופחת, שכן עלייה ב-NOx יוצרת עלייה בגשם חומצי, בתקופה שבה שינויים בדפוסי האקלים מובילים לכמות גשמים מועטה. אם פחות מים הופכים זמינים לגידולים, הם צריכים לכל הפחות לא להיות מזוהמים ולא להזיק לבני אדם ולמערכות האקולוגיות בכלל. במיוחד, כיוון שפליטות NOx דומיננטיות יותר, כאשר תכולת המים בקרקע מתחת לקיבולת השדה ו-N2O בתרחישים שבהם תכולת המים בקרקע היא מעל קיבולת השדה, למשל. במהלך שיטפונות שנגרמו מגשם פתאומי כבד.

ממחסור בגשם ועד לעודף פתאומי שלו, כל ההיבטים מאיצים את פליטת ה-NOx באקלים לא סדיר שהולך וגדל ויש לכך השלכות הן על בני האדם והן על המערכות האקולוגיות.

תוצאות בריאותיות, אקולוגיות וכלכליות

האינטראקציה של NO2 ותחמוצות חנקן אחרות (NOx) עם מים, חמצן וכימיקלים אחרים באטמוספרה עלולה ליצור גשם חומצי הפוגע במערכות אקולוגיות רגישות כמו אגמים ויערות. רמות גבוהות של NO2 יכולות גם להזיק לצמחייה, להפחית את הצמיחה ולהפחית את יבולי היבול.

הקצב שבו נפלטים גזים מזיקים (NOx ו-N2O) וחנקן אינרטי (N2) מקרקעות, תלוי במידה רבה בזמינות החנקן, לחות הקרקע והטמפרטורה. אובדן של דשן חנקן יקר לחקלאים ונושאים עלויות כלכליות המוערכות במדינות כמו ארצות הברית בסדר גודל של 210 מיליארד דולר בשנה בנזקים בריאותיים וסביבתיים. הפחתת פליטת NOx מציעה אפוא מצב של win-win לחקלאים, בריאות הסביבה והכלכלה.

גזי NOx נקשרו למחלות בדרכי הנשימה העליונות, אסטמה, סרטן, מומים מולדים, מחלות לב וכלי דם ותסמונת מוות פתאומי של תינוקות. NO2 מסיס במים במים ובשאיפה, הוא מתפזר לתוך הריאה ומתפשט לאט לחומצה חנקתית וחומצה חנקתית, אשר לאחר מכן גורמת למחלות ריאות, נזק לריאות ובחשיפה כרונית היא עלולה להיות קטלנית. ל-NO2 יש גם השפעות שליליות על עוצמת הרבייה ובמקרים מסוימים, גורם לסרטן.

באשר לחיים מימיים, חנקן תגובתי מסיס ויכול לפלס את דרכו בקלות אל נתיבי מים דרך מי נגר, שם הוא מעודד צמיחת צמחים, ולעיתים גורם ל"פריחת אצות" המפחיתה את רמות האור והחמצן במים. זה משנה קהילות צמחים והורג דגים, יוצר "אזורים מתים" ימיים. יש לכך השלכות הרות אסון על המגוון הביולוגי והפרנסה המקומית.

מן הסתם, זיהום אוויר, בריאות ואקלים צריכים להילקח בחשבון במשותף, בהערכה של האופן שבו שיטות חקלאות ודלק בעירה משפיעות על פליטת תחמוצת חנקן תגובתית.

מחקרים העריכו שהתועלת בהפחתת פליטת אמוניה על ידי הפחתת מקרי מוות בטרם עת היא פוטנציאלית של 14,837 מיליון אירו. לעומת זאת, עלויות שנתיות עבור אפשרויות הפחתת פליטת אמוניה עכשוויות (הזנה דלת חנקן, אחסון זבל מכוסה, יישום דשן אוריאה ודיור בעלי חיים בפליטה נמוכה) נאמדו בכ-4.307 מיליארד אירו.

באמצעות אסטרטגיות חכמות וחסכוניות בר-קיימא, ניתן להכיל את פליטת הגזים החנקניים תוך השגת מים נקיים, סביבות אוויר לא מזוהמות ותוצרת חקלאית בריאה יותר. באשר למגזר הדלק המאובנים, לכידה יעילה יותר של תחמוצות חנקן ממקורות כאלה היא הכרחית באופן שוויוני.

בהתחשב בעובדה שהיתרונות הכלכליים של שיפור איכות האוויר והמים עולים ברובם על העלויות של צעדים להפחתת פליטות, יש סיבות משמעותיות לתת עדיפות לבלימת פליטת חנקן, ממקורות חקלאיים, תנועה, ביתיים ותעשייתיים.

הפתרון שלנו

אנו מציעים שימוש בביו-ננו חומרים לא רעילים ותואמים לסביבה שטח פנים גבוה, שניתן להשתמש בהם בנפחים זעירים כדי ישירות

לספוג כמויות גבוהות של מזהמים אלו מהאטמוספרה, במיוחד במקורות ריכוז גבוהים כגון חוות, כדי להגביל את ההתפשטות ואת רמות NOx שלהם הרבה מתחת לסף המזיק.

לשמור על N לתקופות ארוכות יותר באדמה ולהגביר את הזמינות הביולוגית לצמחים ובכך להפחית את השימוש החוזר והמופרז בדשן

איזון ה-pH בקרקע כדי להפחית חומציות ולשמור על המגוון הביולוגי מבלי ליצור הטיה באיזון הכימי האקולוגי

ECO - RN

צבע: אבקת ננו לבנה

שטח פני השטח (BET): 35930 מ"ר/ק"ג

ספיגת NOx ממוצעת: כ. 9473 מ"ג של NOx לגרם של ננו-ביו-חומר

מינון ממוצע בציפויים* (למשל במערכות ארובות, על קירות בניינים, ממגורות זרעים, אסמים חופשיים וקירות אחסון זבל): ~ 0.2 גרם לליטר

מינון ממוצע למ"ק זבל: 2 גרם

1 מטר מעוקב (מ"ק) זבל = 400 ק"ג

מינון ממוצע במי השקיית קרקע (עבור ~ 19.8 ק"ג של N ha−1 שנה−1) *: 0.0004 % wt (כלומר 0.1 גרם לכל 25L) - לשנה או 1.09 ק"ג לדונם, בשנה. (מידע נוסף בסעיף יישומים למטה)

1 דונם מושקה עם כ. 250,000 ליטר מים

יישומים:

ננו-סורבנט יעיל ל-NO2, NH3, פרופונלדהיד, בנזלדהיד, דימתילאמין, N-nitrosodiethylamine ומתנול. דיכוי עשן ומעכבי בעירה.

עם תגובה עם NO2, נוצרת תערובת של חנקתי (NO3), NO וחנקן (N) משטח נאן-ביו-חומר. NO3 הוא מין יציב מבחינה תרמית שמתפרק בדרך כלל בטמפרטורות שבין 177 ל-327 מעלות צלזיוס.

אולם כאשר אדסורבטים אלו קשורים למשטח הננו-ביו-חומר, מיני NO2 נשמרים על פני השטח הננו-ביו-חומריים עד ל-327 מעלות צלזיוס, וה-NO3 נוטה להיות יציב בטמפרטורות של עד 527 מעלות צלזיוס.

המשמעות היא שהחומר הננו-ביו יכול לשמור על NOx כדי לעזור למזער את הפליטות מהזבל

חנקות (NO3) באדמה הן מקור עיקרי לחנקן החיוני לצמיחת צמחים. בעיקרו של דבר, שורשי הצמח סופגים חנקות לצמיחה בריאה. והם זקוקים לחנקה לייצור חומצות אמינו המשמשות לאחר מכן ליצירת חלבונים. הוא מווסת את חילוף החומרים הכללי של החנקן ומספק חנקן ללא הפרעה עבור ביו-סינתזה של כלורופיל. זה הופך את היציבות התרמית של NOx הנספג חשובה מכיוון ש:

א) ניתן לרסן את שיעורי הפליטה של NOx באקלים חם ובמצבי בצורת ו

ב) בשל האופי המסיס והמתכלה הגבוה של סוג דשן NO3 הנקשר אל פני השטח הננו-ביו-חומריים, שם הפטיקלים פועלים כמערכות אחסון חנקה. דשן NO3 נשמר לפיכך באדמה דרך פני השטח של ננו-ביו-חומר תקופות ארוכות יותר לאורך השנה במנגנון שחרור מושהה.

זמינות מורחבת של NO3 מפחיתה את הצורך בשימוש חוזר בדשן וחוסכת לחקלאים מיליוני דולרים, שומרת על בריאות הקרקע, מנקה את האוויר ומחזירה את האיזון למערכת האקולוגית.

גישה זו נועדה לשמור על N באדמה זמן רב יותר ומשתחרר לאט לצמחים לאורך זמן באמצעות מנגנוני דיפוזיה כאשר תכולת ה-N פוחתת בקרקע שמסביב, במקום להיפלט לאטמוספירה כמזהם אוויר NOx מזיק.

חיבור לננו-ביו-חומר מינרל בלתי מסיס במים עשוי גם להפחית את הנגר המוגזם של חנקן לתוך נתיבי המים ולמזער את זיהום המים.

הפחת את חומציות הקרקע.

הפחתת ריח בערימות קומפוסט ובאדמה

תיקון קרקע, מזגן קרקע

חומר אנטי-פתוגני נגד חיידקים גראם שליליים (E. coli) וחיידקים גראם חיוביים (S. aureus), הפטריות Aspergillus niger ו- Penicillium oxalicum (~ 150 - 250 מיקרוגרם/מ"ל או 0.15 עד 0.25 גרם לליטר)

מכיל מרכיב חיוני לרוב המערכות הביולוגיות, שהופך זמין לאוכלוסיות מיקרוביאליות בקרקע ובמי תהום במהלך שיקום מתכות, כתועלת נוספת.

ECO-R3

ננוארכיטקטורה: יריעות/פתיתים בעלי ארכיטקטורה אטומית (עובי < 1 ננומטר)

שטח פני השטח (BET): 49550 מ"ר/ק"ג

צבע: ננופודר שחור/שחור-חום

ספיגת NOx ממוצעת: כ. 46.4 מ"ג של NOx לגרם של ננו-ביו-חומר

מינון ממוצע בציפויים* (למשל על קירות בניינים, חוות מקורה, ממגורות זרעים, אסמים חופשיים וקירות אחסון זבל): תלוי ברמות הפליטה

מינון ממוצע במי השקיית קרקע (עבור ~ 19.8 ק"ג של N ha−1 שנה−1)*: 0.00044 % wt (כלומר 0.11 גרם לכל 25L) - לשנה

יישומים:

מסייע להגביר את הצמיחה וההתפתחות של הצמח, משפר את סבילות המתח של הצמח ומתן חומרי הזנה

מתכות כבדות: הסרת אסרניק, הסרת נחושת ב-pH נמוך, אקטינידים, ננו-סופב ל-NO2

שמנים ותרכובות כימיות מזיקות: מאיץ את הסרת השמן באמולסיית מים-שמן, ניקוי אספלטן, ניקוי רעלים של ממיסים אורגניים עם כלור.

חומרי הדברה ושאריות תרופות: ניקוי רעלים של חומרי הדברה אורגנו-כלור וביפנילים פולי-כלוריים (PCBs) והסרה של אנטיביוטיקה כמו פיפרצילין (PIP), טזובקטם (TAZ), סולפאמתוקסזול (SUL), טטרציקלין (TET), טרימתופיצילין (TRI), AMP) ואריתרומיצין (ERY) במדיה מימית.