이산화탄소(CO₂)와 메탄(CH4)이 온실 가스에 어떻게 기여하는지에 대한 관심이 많은 반면, 질소산화물은 기후 변화에 미치는 영향 측면에서 CO₂보다 약 300배 더 강력한 것으로 추산됩니다.

질소산화물 오염원

질소산화물(NOx = NO + NO2)은 대기 오염의 주요 성분으로, 인간의 조기 사망과 전 세계 생물 다양성 감소의 주요 원인입니다. 이러한 가스는 대기 오염의 가장 중요한 성분 중 하나이며, 세계보건기구(WHO)에 따르면 질소산화물은 전 세계 조기 사망의 8분의 1을 차지합니다.

이산화질소(NO₂)는 매우 위험한 물질로 분류되며, 상당한 양으로 생산, 저장 또는 사용하는 시설에서 엄격한 보고 요구 사항을 충족해야 합니다. NO₂ 오염의 가장 두드러진 출처는 다음과 같습니다.

• 내연 기관

• 담배 연기, 부탄 및 등유 히터

• 과도한 비료 시용 농경지

• 사일로에서 곡물이 분해되어 발생하는 NO₂에 노출된 농업 노동자

NO2의 작은 일상적 변화는 폐 기능의 변화를 일으킬 수 있습니다. NO2에 대한 만성 노출은 건강한 사람의 기도 염증 및 천식 환자의 호흡기 증상 증가를 포함한 호흡기 효과를 초래할 수 있습니다.

NO2 직업적 노출은 독성의 가장 높은 위험을 구성하며 종종 높습니다.

• 농부, 특히 식량 곡물을 다루는 사람

• 소방관 및 군인, 특히 폭발물을 다루는 장교.

• 아크 용접공에게 높음

• 교통 경찰

• 항공우주 직원

• 광부 및

• 질산과 관련된 직업을 가진 개인.

I. 동물 사육

반추동물은 N 전환 능력이 좋지 않습니다. 섭취한 N의 약 5~30%만 동물이 흡수하고 나머지 70~95%는 대변과 소변을 통해 배출되기 때문입니다. 그 결과 동물 배설물의 N 부하는 종종 식물 수요를 초과하고 기체 배출과 침출을 통해 손실되기 쉽습니다.

이 농업 분야의 대기 오염은 비료에서 암모니아(NH3)와 아산화질소(N2O)로의 N 휘발에서 비롯됩니다. 비료를 통한 질소의 재활용은 산업화 이전 시대 이후로 비료 생산이 크게 증가했기 때문에(~ 120 Tg N yr-1) 환경에 상당한 영향을 미쳤습니다. 주로 암모니아(NH3)인 농업 반응성 질소 배출은 대기로 방출되는 반응성 질소 배출의 가장 큰 부분을 차지합니다. 비료와 합성 비료에서 나오는 반응성 질소 배출은 대기 질 저하에 크게 기여합니다. NOx 배출은 상당한 오존 생성을 초래하고 암모니아 배출은 대기 PM10 및 PM2.5에 영향을 미칩니다. 농업에서 나오는 암모니아 배출은 지구 ​​대부분 지역에서 PM2.5의 가장 큰 원인입니다. 비료와 합성 비료 적용에서 나오는 질소 침전은 식물 성장에 미치는 영향을 통해 대기 탄소 순환에 상당한 영향을 미칩니다.

연구에 따르면 콜롬비아에서 수유하는 젖소의 N 이용 효율은 8.96~27.82%로, 단위 면적당 가축 수에 따라 연간 최대 374kg의 N이 분뇨에서 배출될 수 있습니다.

II. 농경토양 및 곡물 저장

농업이 NOx의 중요한 공급원인 반면, 비점 배출을 줄이기 위한 전략은 화석 연료 공급원과 근본적으로 다른 토양 관리 대책을 통합해야 합니다.

예를 들어 캘리포니아주에서는 비료를 준 농경지가 주 전체 부문의 총 NOx-N 배출량의 20~32%를 차지하는 반면, 자연 토양은 5~9%를 차지하는 것으로 나타났습니다. 토양 NOx 배출량이 높은 공간적 핫스팟은 주의 남부 지역에서 확인되었으며, 기후가 비교적 덥고 건조한 지역에서 배출량 핫스팟이 확인되었습니다. 전 세계적으로 기온이 상승하는 추세가 커짐에 따라, 이러한 기후 영향으로 인한 NOx 배출량 증가는 여름에 기온이 전례 없이 높은 수준에 도달하는 북유럽 국가와 같은 북쪽 지역에 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.

비료 기반 농경 토양이 전 세계 NOx 출처의 약 30%를 차지하는 것으로 추정됩니다. 비료를 사용한 농경 토양에서 발생하는 높은 유출(~ 19.8kg N ha−1 year−1)과 대조적으로 자연 생태계에서 발생하는 NOx 배출량은 훨씬 낮습니다(~ 1.0kg N ha−1 year−1). 예를 들어, 광물 비료만 독점적으로 사용하는 경우(예: 완효성 비료) 또는 N 적용을 줄이고 정밀 농업을 사용하여 발달 단계를 표적으로 삼는 경우, 이러한 접근 방식은 농경지 토양에서 N 비료 손실이 감소함을 나타냅니다. 유기 개량제를 적용하고 광물 질소와 유기 비료의 적용 시기를 분리한 시나리오에서 NOx 배출량이 감소하는 것으로 관찰되었습니다.

이 관찰은 토양 미생물의 NOx 배출 속도를 높이는 데 있어 비료의 질소 투입이 중요한 역할을 한다는 것을 지적하며, 보다 스마트하고 효과적인 개선 전략에 대한 시급한 필요성을 시사합니다. 작물 성장을 가속화하는 데 사용되는 동일한 비료는 기후 패턴의 변화로 인해 강우량이 부족한 시기에 NOx가 증가함에 따라 산성비가 증가함에 따라 작물 감소와 생물 다양성 감소의 동일한 원인이 될 것입니다.

작물에 사용할 수 있는 물이 줄어들더라도 최소한 오염되지 않아야 하며 인간과 생태계 전체에 해롭지 않아야 합니다. 특히 토양 수분 함량이 경작 용량보다 낮을 때는 NOx 배출이 더 많고 토양 수분 함량이 경작 용량보다 높을 때는 N2O가 더 많기 때문입니다. 예를 들어 갑작스러운 폭우로 인한 홍수가 발생할 때입니다.

비가 부족하거나 갑자기 비가 너무 많이 내리는 경우 모든 측면이 점점 더 불규칙해지는 기후에서 NOx 배출을 가속화하며 이는 인간과 생태계 모두에 영향을 미칩니다.

건강, 생태 및 경제적 결과

NO2와 다른 질소산화물(NOx)이 대기 중의 물, 산소 및 기타 화학 물질과 상호 작용하면 산성비가 형성되어 호수와 숲과 같은 민감한 생태계에 피해를 줄 수 있습니다. NO2 수치가 높아지면 식물에 피해를 입혀 성장이 감소하고 작물 수확량이 감소할 수도 있습니다.

토양에서 유해한(NOx 및 N2O) 및 불활성 질소(N2) 가스가 배출되는 속도는 질소 가용성, 토양 수분 및 온도에 크게 좌우됩니다. 질소 비료 손실은 농부에게 비용이 많이 들고 미국과 같은 국가에서는 건강 및 환경 피해로 인해 연간 2,100억 달러에 달하는 경제적 비용이 발생합니다. 따라서 NOx 배출을 줄이는 것은 농부, 환경 건강 및 경제에 모두 이로운 상황을 제공합니다.

NOx 가스는 상부 호흡기 질환, 천식, 암, 선천적 결함, 심혈관 질환 및 유아 급사 증후군과 관련이 있습니다. NO2는 물에 거의 녹지 않으며 흡입 시 폐로 확산되어 천천히 아질산과 질산으로 가수분해되어 폐 질환, 폐 손상을 일으키고 만성 노출 시 치명적일 수 있습니다. NO2는 또한 생식 능력에 부정적인 영향을 미치며 심각한 경우 암을 유발합니다.

수생 생물의 경우 반응성 질소는 용해성이 있으며 유출수를 통해 수로로 쉽게 유입되어 식물 성장을 촉진하여 때로는 물 속의 빛과 산소 수준을 감소시키는 '조류 개화'를 초래합니다. 이는 식물 군집을 변화시키고 물고기를 죽여 해양 "사막"을 만듭니다. 이는 생물 다양성과 지역 생계에 치명적인 결과를 초래합니다.

분명히 대기 오염, 건강 및 기후는 농업 및 연소 연료 관행이 반응성 질소 산화물 배출에 어떤 영향을 미치는지 평가할 때 함께 고려되어야 합니다.

연구에 따르면 조기 사망 감소로 인한 암모니아 배출 감소의 이점은 잠재적으로 €14,837 million이라고 추정됩니다. 반면 현대 암모니아 배출 감소 옵션(저질소 사료, 덮인 분뇨 저장, 요소 비료 적용 및 저배출 가축 사육)에 대한 연간 비용은 약 €43억 7천만으로 추정되었습니다.

스마트하고 지속 가능한 비용 효율적인 전략을 통해 질소 가스 배출을 억제하는 동시에 깨끗한 물, 오염되지 않은 대기 환경 및 더 건강한 농산물을 얻을 수 있습니다. 화석 연료 부문의 경우 이러한 출처에서 질소 산화물을 보다 효율적으로 포집하는 것이 공평하게 필요합니다.

대기와 수질 개선으로 인한 경제적 이익이 배출 저감 조치에 드는 비용을 엄청나게 능가한다는 사실을 고려할 때 농업, 교통, 가정 및 산업 분야에서 발생하는 질소 배출을 억제하는 것을 우선시해야 할 상당한 근거가 있습니다.

ECO - RN

색상: 흰색 나노파우더

표면적(BET): 35930m²/kg

평균 NOx 흡수율: 나노 바이오소재 1g당 약 9473mg의 NOx

코팅*의 평균 투여량(예: 연도 시스템, 건물 벽, 종자 사일로, 프리스톨 헛간 및 분뇨 저장 벽): 리터당 ~ 0.2g

분뇨 1m3당 평균 투여량: 2g

분뇨 1m3 = 400kg

토양 관개수에 대한 평균 투여량(N ha−1년−1년 ~19.8kg) *: 0.0004중량%(즉, 25L당 0.1g) - 연간 또는 헥타르당 1.09kg, 연간. (아래 응용 프로그램 섹션에서 자세한 정보를 확인하세요)

1헥타르는 약 250,000L의 물로 관개됩니다.

응용 프로그램:

• NO2, NH3, 프로피온알데히드, 벤잘데히드, 디메틸아민, N-니트로소디에틸아민 및 메탄올에 효과적인 나노흡착제. 연기 억제 및 난연제.

NO2와 반응하면 질산염(NO3), NO 및 질소(N)의 혼합물이 나노-바이오소재 표면에 형성됩니다. NO3는 일반적으로 177~327°C의 온도에서 분해되는 열적으로 안정한 종입니다.

그러나 이러한 흡착물이 나노-바이오소재 표면에 결합되면 NO2 종은 약 327°C까지 나노-바이오소재 표면에 유지되고 NO3는 최대 527°C의 온도에서 안정되는 경향이 있습니다.

즉, 나노-바이오소재는 NOx를 유지하여 분뇨 배출을 최소화할 수 있습니다.

토양의 질산염(NO3)은 식물 성장에 필수적인 질소의 주요 공급원입니다. 본질적으로 식물 뿌리는 건강한 성장을 위해 질산염을 흡수합니다. 그리고 아미노산을 생산하기 위해 질산염이 필요하며, 아미노산은 단백질을 형성하는 데 사용됩니다. 이는 전반적인 질소 대사를 조절하고 엽록소 생합성을 위한 중단 없는 질소를 제공합니다. 이는 흡수된 NOx의 열 안정성을 중요하게 만드는데, 그 이유는 다음과 같습니다.

a) NOx의 배출 속도는 더운 기후와 가뭄 상황에서 억제될 수 있으며

b) NO3 비료 종의 높은 용해성 및 생분해성으로 인해 나노 생물 재료 표면에 결합되어 입자가 질산염 저장 시스템 역할을 하기 때문입니다. 따라서 NO3 비료는 지연 방출 메커니즘으로 일년 내내 나노 생물 재료 표면을 통해 토양에 더 오랜 기간 유지됩니다.

NO3의 가용성이 연장되면 반복적인 비료 사용의 필요성이 줄어들고 농부는 수백만 달러를 절약하고 토양 건강을 보존하고 공기를 정화하며 생태계의 균형을 회복할 수 있습니다.

이 접근 방식은 토양에 N을 더 오래 보관하고 주변 토양의 N 함량이 감소함에 따라 확산 메커니즘을 통해 시간이 지남에 따라 식물에 천천히 방출되도록 설계되었으며, 유해한 NOx 대기 오염 물질로 대기 중으로 방출되지 않습니다.

물에 녹지 않는 미네랄 나노 생물 소재에 결합되면 질소가 수로로 과도하게 유출되는 것을 줄이고 수생 오염을 최소화할 가능성도 있습니다.

• 토양 산성도 감소.

• 퇴비 더미와 토양의 냄새 감소

• 토양 개량제, 토양 개량제

• 그람 음성균(대장균)과 그람 양성균(황색포도상구균), 균류 Aspergillus niger 및 Penicillium oxalicum에 대한 항병원성제(~150~250μg/mL 또는 리터당 0.15~0.25g)

• 대부분 생물학적 시스템에 필수적인 원소를 함유하고 있으며, 이는 금속 정화 중에 토양 및 지하수 미생물 집단에 추가 이점으로 제공됩니다.

ECO-R3

나노 아키텍처: 원자 구조 시트/플레이크(< 1nm 두께)

표면적(BET): 49550m²/kg

색상: 검정/흑갈색 나노파우더

평균 NOx 흡수율: 나노 바이오소재 1g당 약 46.4mg의 NOx

코팅의 평균 투여량*(예: 건물 벽, 실내 농장, 종자 저장고, 프리스톨 헛간 및 분뇨 저장 벽): 배출 수준에 따라 다름

토양 관개수의 평균 투여량(N ha−1년−1 ~ 19.8kg)*: 0.00044중량%(즉, 25L당 0.11g) - 연간

응용 분야:

식물 성장과 발달을 증가시키고, 식물의 스트레스 내성을 강화하며 영양소 공급을 향상시킵니다.

• 중금속: 아세르닉 제거, 낮은 pH에서 구리 제거, 악티나이드, NO2용 나노 흡착제

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• 오일 및 유해 화학 화합물: 물-오일 에멀전에서 오일 제거를 가속화하고, 아스팔텐 소거, 염소계 유기 용매의 해독.

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• 살충제 및 제약 잔류물: 유기염소 살충제 및 폴리염소화 비페닐(PCB)의 해독 및 수용액에서 피페라실린(PIP), 타조박탐(TAZ), 설파메톡사졸(SUL), 테트라사이클린(TET), 트리메토프림(TRI), 암피실린(AMP) 및 에리트로마이신(ERY)과 같은 항생제 제거.