大気質改善・生態系修復

温室効果ガスというと、二酸化炭素（CO₂）やメタン（CH4）が注目されがちですが、窒素酸化物はCO₂の約300倍も気候変動に影響することが知られています。

窒素酸化物汚染源

窒素酸化物（(NOx = NO + NO2) は、大気汚染の主要な成分であり、人体の早期死亡や世界の生物多様性減少の主な原因となっています。世界保健機関（WHO）によると、窒素酸化物は、世界の早死にの8人に1人の原因になっていると言われています。

二酸化窒素（NO₂）は、非常に危険な物質に分類され、これを大量に生産、貯蔵、使用する施設は、厳しい報告義務を課せられています。NO₂の最も顕著な汚染源は、:

• 内燃機関

• タバコの煙、ブタン、ケロシンヒーター

• 肥料の多い農地

• サイロで分解される穀物から上昇するNO₂にさらされる農業従事者

NO2の毎日の変動は、肺機能の変化を引き起こす可能性があります。 NO₂への慢性暴露は、健康な人の換気炎症や喘息の呼吸症状の増加など、呼吸効果をもたらす可能性があります。

NO2の職業曝露は、毒性の最も高いリスクであり、多くの場合、次の職業では次のとおりです。

• 農民、特に食物穀物を扱う農家

• 消防士と軍人、特に爆発物を扱う役員。

• アーク溶接機の高さ

• 交通官

• 航空宇宙スタッフ

• 鉱夫と

• 硝酸に関連する職業を持つ個人。

I. 動物飼育

反芻家畜は、摂取した窒素の5〜30％しか動物に取り込まれず、残りの70〜95％は糞や尿として排泄されるため、窒素変換能力が低い。その結果、家畜の排泄物に含まれる窒素は、しばしば植物の需要を上回り、ガス放出や溶出によって失われやすい。

 この農業分野での大気汚染は、窒素が糞尿からアンモニア（NH3）と亜酸化窒素（N2O）に揮発することに起因している。産業革命前からの糞尿生産量の大幅な増加（〜120 Tg N yr-1 ）を考えると、糞尿による窒素の再利用は環境に大きな影響を及ぼしてきたと言える。農業からの反応性窒素の排出は、主にアンモニア（NH3）であり、大気中への反応性窒素の排出の中で最も大きな割合を占めている。糞尿と合成肥料からの反応性窒素の排出は、大気質の悪化に大きく寄与している。NOxの排出はかなりのオゾン生成につながり、アンモニアの排出は大気中のPM10とPM2.5に影響を及ぼしている。アンモニアの農業からの排出は、地球の大部分において、PM2.5の最大の発生源となっています。糞尿や合成肥料の使用による窒素の沈着は、植物の成長に影響を与え、大気中の炭素循環に大きな影響を及ぼしています。

授乳中の牛によるNの使用効率は、コロンビアで8.96〜27.82％の間で変化することが研究されています。これは、単位面積あたりの動物の数に応じて、最大374 kgのN HA -1年の実質的な排出量を生成できることが明らかになりました。 -1肥料から。

ii。 農業土壌と穀物貯蔵

農業はNOxの重要な排出源であるが、非点源排出を削減する戦略には、化石燃料源とは根本的に異なる土壌管理方法を取り入れる必要がある。

例えば、カリフォルニア州では、施肥された農地が州内のすべてのセクターからのNOx-N排出量の20〜32％を占めているのに対し、自然土壌は5〜9％であることが分かっている。土壌からのNOx排出量が多い空間的なホットスポットは、州南部の比較的高温で乾燥した気候の地域で確認されています。世界中で気温上昇の傾向が強まる中、この気候の影響を受けたNOx排出量の増加は、夏にかつてないほど高い気温に達している北欧諸国などの地域にも影響を及ぼすと予想されます。

世界のNOx発生源の約30％は肥料を使用した農業用土壌であると推定されている。施肥された農地からの流出量が多い（〜19.8 kg of N ha-1 year-1）のとは対照的に、自然生態系からのNOx排出量ははるかに少ない（〜1.0 kg of N ha-1 year-1）。鉱物性肥料のみを使用する場合、例えば、異なる形態の肥料（例えば、緩効性肥料）の適用や、Nの散布量の削減、発育段階に照準を合わせた精密農業の使用などのアプローチをとると、農地土壌からのN肥料の損失が減少することが示される。有機質肥料を適用したシナリオでは、鉱物性窒素肥料と有機質肥料の適用時期を分けることで、NOx排出量が減少することが観察されている。

このことは、土壌微生物からのNOxの排出を促進する上で、肥料に含まれる窒素が重要な役割を担っていることを示唆しており、よりスマートで効果的な浄化対策が急務であることを示している。作物の成長を促進するために使用される同じ肥料が、今度は作物の衰退や生物多様性の減少の原因ともなります。気候パターンの変化によって雨量が不足する中、NOxの増加は酸性雨を増加させるからです。もし、農作物に使える水が少なくなっても、少なくとも、人間や生態系全体に汚染や害を及ぼすことはないはずです。特に、土壌の水分量が圃場容量を下回る場合にはNOxの排出が、突然の豪雨による洪水などで土壌の水分量が圃場容量を上回る場合にはN2Oの排出がより優勢になるためである。

雨の不足から突然の雨量過多まで、不規則な気候の中でNOxの排出は加速され、人間と生態系の両方に影響を与える。

健康、生態系、経済的影響

NO2やその他の窒素酸化物（NOx）が水、酸素、大気中の他の化学物質と相互作用して酸性雨を形成し、湖や森林などの敏感な生態系に害を及ぼすことがあります。また、NO2の濃度が高くなると、植生に害を与え、生育を低下させ、作物の収穫量を減少させる可能性がある。

土壌から有害ガス（NOx、N2O）と不活性ガス（N2）が排出される割合は、窒素の利用可能量、土壌水分、気温に大きく左右されます。窒素肥料の損失は農家にとって大きな負担となり、米国などでは健康被害と環境被害で年間2100億ドルの経済的コストがかかると試算されています。したがって、NOx排出量の削減は、農家、環境衛生、経済の三者にとってメリットがあるのです。

NOxガスは、上気道疾患、喘息、癌、出生異常、心血管疾患、乳幼児突然死症候群との関連が指摘されています。NO2は水にほとんど溶けず、吸入すると肺に拡散し、ゆっくりと加水分解して亜硝酸と硝酸になり、肺疾患や肺障害を引き起こし、慢性的にさらされると致命的となる。また、生殖能力にも悪影響を及ぼし、発ガンするケースもあります。

水生生物に関しては、活性窒素は可溶性であるため、流出水によって水路に容易に入り込み、植物の成長を促し、時には水中の光と酸素レベルを低下させる「藻類の大発生」を引き起こす。その結果、植物群落が変化し、魚が死んでしまい、海の「デッドゾーン」ができてしまうのです。これは、生物多様性と地域の生活に破壊的な結果をもたらします。

農業や燃焼燃料の使用方法が反応性窒素酸化物排出にどのように影響するかを評価する際には、明らかに、大気汚染、健康、気候を一緒に考慮する必要がある。

研究では、アンモニア排出量の削減による早死者数の減少は、148億3700万ユーロの利益をもたらす可能性があると推定されている。一方、現代のアンモニア排出削減オプション（低窒素飼料、屋根付き糞尿貯蔵、尿素肥料散布、低排出量家畜舎）の年間コストは、約43億700万ユーロと推定された。

スマートで持続可能な費用対効果の高い戦略によって、窒素ガスの排出を抑制し、きれいな水、汚染されていない大気環境、より健康的な農産物を実現することができるのである。化石燃料の分野では、窒素酸化物をより効率的に回収することが、公平に必要である。

大気と水質の改善による経済的利益は、排出削減対策のコストを圧倒的に上回るという事実を考慮すれば、農業、交通、家庭、工業からの窒素排出の抑制を優先させる十分な根拠があると言える。

私たちの救済策

私たちは、無毒で環境適合性の高い高表面積のバイオナノ材料を提案し、それを微量で直接使用することで 

• 特に農場などの高濃度汚染源において、大気からこれらの汚染物質を大量に吸収し、拡散とNOxを有害な閾値よりはるかに低いレベルに抑える。

• 土壌中の窒素を長期間保持し、植物への生物学的利用能を高めることにより、肥料の反復的かつ過剰な使用を削減する。

• 生態系の化学的バランスを崩すことなく、土壌pHのバランスをとり、酸性度を下げ、生物多様性を維持する。