LUFTVERSCHMUTZUNG DURCH DIE LANDWIRTSCHAFT

Die Stickstoffdüngung ist für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen unerlässlich, da sie die lebenswichtigen Prozesse der Atmung und der Photosynthese steuert. Seine Knappheit in den Böden kann jedoch ein großes Problem darstellen, das den Ertrag und die Qualität der Kulturen beeinträchtigt. Die Stickstoffdüngung ist nicht nur für die Nitratreduktaseaktivität bei der N-Assimilation von wesentlicher Bedeutung, sondern kann auch die Phosphor (P)-Aufnahme in den Kulturpflanzen verbessern. Dies gilt insbesondere für Böden mit P-Mangel und erhöhter CO2-Konzentration. 

Die meisten Pflanzen vertragen jedoch synthetische Düngemittel und hohe Stickstoffmengen nicht. Die Stickstoffverschmutzung führt dazu, dass stickstofftolerante Arten gedeihen und empfindlichere Wildpflanzen und Pilze verdrängen. Dies verringert die Artenvielfalt in der Natur und schadet der Pflanzengesundheit. Außerdem versauert der übermäßige Einsatz von synthetischen Düngemitteln den Boden, was seine Gesundheit schädigt und die Bodenproduktivität verringert.

I. TIERHALTUNG

Wiederkäuer sind schlechte Stickstoffverwerter, da nur etwa 5 - 30 % des aufgenommenen Stickstoffs vom Tier aufgenommen werden und die restlichen 70 - 95 % über Kot und Urin ausgeschieden werden. Infolgedessen übersteigt die N-Fracht in den tierischen Ausscheidungen häufig den Bedarf der Pflanzen und ist anfällig für Verluste durch gasförmige Emissionen und Auswaschung.

 Die Luftverschmutzung in diesem Sektor der Landwirtschaft entsteht durch die Verflüchtigung von Stickstoff in Ammoniak (NH3) und Distickstoffoxid (N2O) aus Dung. Die Wiederverwertung von Stickstoff durch Dung hat angesichts des starken Anstiegs der Dungproduktion seit der vorindustriellen Ära (~ 120 Tg N pro Jahr) erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt. Reaktive Stickstoffemissionen aus der Landwirtschaft, vor allem Ammoniak (NH3), machen den größten Anteil der reaktiven Stickstoffemissionen in die Atmosphäre aus. Reaktive Stickstoffemissionen aus Dung und Kunstdünger tragen erheblich zur Verschlechterung der Luftqualität bei: Die NOx-Emissionen führen zu einer erheblichen Ozonbildung, und die Ammoniakemissionen haben Auswirkungen auf die PM10- und PM2,5-Belastung der Atmosphäre. Landwirtschaftliche Ammoniakemissionen sind in weiten Teilen der Welt die größte Quellenkategorie für PM2,5. Stickstoffeinträge aus Gülle und synthetischen Düngemitteln haben durch ihren Einfluss auf das Pflanzenwachstum einen erheblichen Einfluss auf den atmosphärischen Kohlenstoffkreislauf.

Studien haben ergeben, dass die Effizienz der Stickstoffverwertung durch laktierende Kühe in Kolumbien zwischen 8,96 und 27,82 % liegt, was je nach Anzahl der Tiere pro Flächeneinheit zu erheblichen Emissionen von bis zu 374 kg Stickstoff pro Hektar und Jahr aus Dung führen kann.

II. LANDWIRTSCHAFTLICHE BÖDEN & GETREIDELAGERUNG

Während die Landwirtschaft eine wichtige NOx-Quelle ist, müssen Strategien zur Verringerung der punktuellen Emissionen Bodenbewirtschaftungsmaßnahmen einbeziehen, die sich grundlegend von denen für fossile Brennstoffe unterscheiden.

Im Bundesstaat Kalifornien beispielsweise wurde festgestellt, dass 20 bis 32 % der gesamten NOx-N-Emissionen aus allen Sektoren des Staates auf gedüngte Anbauflächen entfallen, während natürliche Böden 5 bis 9 % ausmachen. Räumliche Hot Spots für hohe NOx-Emissionen aus dem Boden werden für den Süden des Bundesstaates ermittelt, wo ein Hot Spot für Emissionen in Gebieten mit relativ heißem und trockenem Klima identifiziert wurde. Mit dem zunehmenden Trend steigender Temperaturen rund um den Globus dürfte sich dieser klimabedingte Anstieg der NOx-Emissionen auch auf Regionen bis hin zu den nordischen Ländern auswirken, wo die Temperaturen im Sommer beispiellos hohe Werte erreichen.

Schätzungen zufolge sind landwirtschaftlich genutzte Böden mit Düngemitteln für etwa 30 % der weltweiten NOx-Emissionen verantwortlich. Im Gegensatz zu dem hohen Ausstoß aus gedüngten landwirtschaftlichen Böden (~ 19,8 kg N ha-1 Jahr-1 ) sind die NOx-Emissionen aus natürlichen Ökosystemen viel geringer (~1,0 kg N ha-1 Jahr-1 ). Werden ausschließlich mineralische Düngemittel eingesetzt, z. B. durch die Anwendung verschiedener Düngeformen (z. B. Langzeitdünger) oder die Verringerung der N-Ausbringung und den Einsatz von Präzisionslandwirtschaft zur gezielten Steuerung der Entwicklungsstadien, so deuten diese Ansätze auf einen Rückgang der N-Düngerverluste aus den Ackerböden hin. In Szenarien, in denen organische Zusatzstoffe ausgebracht wurden und die Ausbringungszeitpunkte von mineralischem Stickstoff und organischem Dünger getrennt wurden, wurde eine Verringerung der NOx-Emissionen beobachtet. 

Diese Beobachtung weist auf die kritische Rolle des Stickstoffeintrags in Düngemitteln bei der Erhöhung der NOx-Emissionsrate aus Bodenmikroben hin und zeigt, dass dringend intelligentere und wirksamere Sanierungsstrategien erforderlich sind. Derselbe Dünger, der zur Beschleunigung des Pflanzenwachstums verwendet wird, ist wiederum die gleiche Quelle für den Rückgang der Pflanzen und die Verringerung der Artenvielfalt, da die erhöhten NOx-Emissionen zu einer Zunahme des sauren Regens führen, und das in einer Zeit, in der die veränderten Klimamuster zu einer Verknappung der Niederschläge führen. Wenn weniger Wasser für die Pflanzen zur Verfügung steht, sollte es zumindest weder kontaminiert noch schädlich für die Menschen und die Ökosysteme im Allgemeinen sein. Zumal die NOx-Emissionen überwiegen, wenn der Wassergehalt des Bodens unter der Feldkapazität liegt, und die N2O-Emissionen in Szenarien, in denen der Wassergehalt des Bodens über der Feldkapazität liegt, z. B. bei Überschwemmungen durch plötzliche starke Regenfälle. 

Von der Knappheit des Regens bis zum plötzlichen Überschuss beschleunigen alle Aspekte die NOx-Emissionen in einem immer unbeständiger werdenden Klima, und das hat Folgen sowohl für den Menschen als auch für ökologische Systeme. 

GESUNDHEITLICHE, ÖKOLOGISCHE UND WIRTSCHAFTLICHE FOLGEN

Die Wechselwirkung von NO2 und anderen Stickoxiden (NOx) mit Wasser, Sauerstoff und anderen Chemikalien in der Atmosphäre kann zu saurem Regen führen, der empfindliche Ökosysteme wie Seen und Wälder schädigt. Erhöhte NO2-Werte können auch die Vegetation schädigen, das Wachstum beeinträchtigen und die Ernteerträge verringern.

Die Geschwindigkeit, mit der schädliche (NOx und N2O) und inerte Stickstoffgase (N2) aus den Böden freigesetzt werden, hängt stark von der Verfügbarkeit von Stickstoff, der Bodenfeuchtigkeit und der Temperatur ab. Verluste von Stickstoffdünger sind für die Landwirte kostspielig und verursachen in Ländern wie den Vereinigten Staaten wirtschaftliche Kosten in Höhe von schätzungsweise 210 Milliarden Dollar pro Jahr an Gesundheits- und Umweltschäden. Die Verringerung der NOx-Emissionen ist daher eine Win-Win-Situation für Landwirte, die Umwelt und die Wirtschaft. 

NOx-Gase werden mit Erkrankungen der oberen Atemwege, Asthma, Krebs, Geburtsfehlern, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und dem plötzlichen Kindstod in Verbindung gebracht. NO2 ist schwer wasserlöslich und diffundiert beim Einatmen in die Lunge, wo es langsam zu salpetriger Säure und Salpetersäure hydrolysiert, die dann Lungenkrankheiten und Lungenschäden verursachen und bei chronischer Exposition tödlich sein können. NO2 hat auch negative Auswirkungen auf die Fortpflanzungsfähigkeit und führt in schweren Fällen zu Krebs.

Was das Leben im Wasser betrifft, so ist reaktiver Stickstoff löslich und kann über Abflüsse leicht in Wasserläufe gelangen, wo er das Pflanzenwachstum fördert und manchmal zu einer "Algenblüte" führt, die den Licht- und Sauerstoffgehalt im Wasser verringert. Dies verändert die Pflanzengemeinschaften und tötet Fische, wodurch tote Zonen" im Meer entstehen. Dies hat katastrophale Folgen für die biologische Vielfalt und die lokalen Lebensgrundlagen.

Es liegt auf der Hand, dass Luftverschmutzung, Gesundheit und Klima bei der Bewertung der Auswirkungen von landwirtschaftlichen Praktiken und Verbrennungsbrennstoffen auf die reaktiven Stickoxidemissionen gemeinsam betrachtet werden sollten. 

Studien haben den Nutzen der Verringerung von Ammoniakemissionen durch weniger vorzeitige Todesfälle auf potenziell 14,837 Millionen Euro geschätzt. Demgegenüber wurden die jährlichen Kosten für die heutigen Optionen zur Verringerung der Ammoniakemissionen (stickstoffarme Futtermittel, gedeckte Güllelagerung, Ausbringung von Harnstoffdünger und emissionsarme Tierhaltung) auf etwa 4,307 Milliarden Euro geschätzt. 

Durch intelligente und nachhaltig kosteneffiziente Strategien kann die Emission stickstoffhaltiger Gase eingedämmt werden, während gleichzeitig sauberes Wasser, eine unverschmutzte Luft und gesündere landwirtschaftliche Erzeugnisse erreicht werden. Was den Sektor der fossilen Brennstoffe anbelangt, so ist eine effizientere Abscheidung von Stickstoffoxiden aus solchen Quellen in angemessener Weise erforderlich.

In Anbetracht der Tatsache, dass der wirtschaftliche Nutzen einer verbesserten Luft- und Wasserqualität die Kosten der Emissionsminderungsmaßnahmen bei weitem überwiegt, gibt es gute Gründe, der Eindämmung von Stickstoffemissionen aus landwirtschaftlichen, verkehrsbedingten, häuslichen und industriellen Quellen Priorität einzuräumen.

UNSERE ABHILFE

Wir schlagen die Verwendung von ungiftigen, umweltverträglichen Bio-Nanomaterialien mit großer Oberfläche vor, die in winzigen Mengen verwendet werden können, um direkt 

• große Mengen dieser Schadstoffe aus der Atmosphäre zu absorbieren, insbesondere an Quellen mit hoher Konzentration, wie z. B. landwirtschaftlichen Betrieben, um die Ausbreitung zu begrenzen und die NOx-Werte weit unter die schädlichen Grenzwerte zu senken.

• den Stickstoff länger im Boden zu halten und die Bioverfügbarkeit für Pflanzen zu erhöhen, wodurch der wiederholte und übermäßige Einsatz von Düngemitteln verringert wird

• den pH-Wert des Bodens auszugleichen, um den Säuregehalt zu verringern und die biologische Vielfalt zu erhalten, ohne das ökologische chemische Gleichgewicht zu stören

ECO - RN

FARBE : Weisses Nanopulver

SPEZIFISCHE OBERFLÄCHE : 35930 m²/kg

DURCHSCHNITTLICHE NOx-ABSORPTION : ca. 9473 mg NOx pro Gramm Nano-Biomaterial

DURCHSCHNITTLICHE DOSIERUNG IN BESCHICHTUNGEN* (z.B. in Abgasanlagen, an Gebäudewänden, Saatgutsilos, Freilaufställen & Güllelagerwänden) : ~ 0,2 g pro Liter

DURCHSCHNITTLICHE DOSIERUNG PRO m3 Gülle : 2 g . Alternativ dazu, je nach Emissionsniveau

1 Kubikmeter (m3) Gülle = 400 kg

DURCHSCHNITTLICHE DOSIERUNG IN BODEN BEWÄSSERUNGSWASSER (für ~ 19,8 kg N ha-1 Jahr-1 ) *: 0,0004 Gew.-% (d. h. 0,1 g pro 25 l) - pro Jahr oder 1,09 kg pro Hektar, pro Jahr. (weitere Informationen im Abschnitt Anwendungen unten)

1 Hektar wird mit ca. 250.000 l Wasser bewässert

ANWENDUNGEN : 

Wirksames Nanosorptionsmittel für NO2, NH3, Propionaldehyd, Benzaldehyd, Dimethylamin, N-Nitrosodiethylamin und Methanol. Rauchunterdrückung und Flammenhemmung.

Bei der Reaktion mit NO2 bildet sich an der Oberfläche von Nanobiomaterialien ein Gemisch aus Nitrat (NO3 ), NO und Stickstoff (N). NO3 ist eine thermisch stabile Spezies, die sich normalerweise bei Temperaturen zwischen 177 und 327 °C zersetzt. 

Wenn diese Adsorbate jedoch an die Nanobiomaterial-Oberfläche gebunden werden, bleiben NO2-Spezies bis etwa 327 °C auf der Nanobiomaterial-Oberfläche erhalten, während NO3 bei Temperaturen bis zu 527 °C stabil ist. 

Das bedeutet, dass das Nano-Biomaterial NOx zurückhalten kann, was dazu beitragen kann, die Emissionen aus Gülle zu minimieren.

Nitrate (NO3 ) im Boden sind eine Hauptquelle für Stickstoff, der für das Pflanzenwachstum unerlässlich ist. Im Wesentlichen nehmen die Pflanzenwurzeln Nitrate für ein gesundes Wachstum auf, und sie benötigen das Nitrat zur Herstellung von Aminosäuren, die dann zur Bildung von Proteinen verwendet werden. Es reguliert den gesamten Stickstoff-Stoffwechsel und liefert ununterbrochen Stickstoff für die Chlorophyll-Biosynthese. Daher ist die thermische Stabilität des absorbierten NOx wichtig, denn : 

a) Die NOx-Emissionen können in heißen Klimazonen und bei Trockenheit eingedämmt werden.

b) aufgrund der hohen Löslichkeit und biologischen Abbaubarkeit der NO3-Düngerspezies, die an die Oberfläche des Nano-Biomaterials gebunden ist, wo die Partikel als Nitratspeichersysteme wirken. Der NO3-Dünger wird daher über die Oberfläche des Nano-Biomaterials das ganze Jahr über in einem verzögerten Freisetzungsmechanismus im Boden gehalten. 

Eine längere Verfügbarkeit von NO3 verringert den Bedarf an wiederholtem Düngemitteleinsatz und erspart den Landwirten Millionen von Dollar, erhält die Bodengesundheit, reinigt die Luft und stellt das Gleichgewicht im Ökosystem wieder her. 

Mit diesem Ansatz soll der Stickstoff länger im Boden verbleiben und im Laufe der Zeit über Diffusionsmechanismen langsam an die Pflanzen abgegeben werden, während der Stickstoffgehalt im umgebenden Boden abgebaut wird, anstatt als schädlicher NOx-Luftschadstoff in die Atmosphäre zu gelangen.

Die Bindung an ein wasserunlösliches mineralisches Nano-Biomaterial dürfte auch den übermäßigen Abfluss von Stickstoff in die Gewässer reduzieren und die Verschmutzung der Gewässer minimieren.

• Reduziert den Säuregehalt des Bodens.

• Geruchsminderung in Komposthaufen und Boden

• Bodenverbesserer, Bodenaufbereiter

• Antipathogenes Mittel gegen Gram-negative (E. coli) und Gram-positive (S. aureus) Bakterien, die Pilze Aspergillus niger und Penicillium oxalicum ( ~ 150 - 250 μg/mL oder 0,15 bis 0,25g pro Liter)

• Enthält ein für die meisten biologischen Systeme essenzielles Element, das den mikrobiellen Boden- und Grundwasserpopulationen bei der Metallsanierung als zusätzlicher Nutzen zur Verfügung steht.

ECO-R3

NANOARCHITEKTUR : Atomar dünne Platten/Flocken (< 1 nm Dicke)

SPEZIFISCHE OBERFLÄCHE : 49550 m²/kg

FARBE : Schwarz/schwarz-braunes Nanopulver

DURCHSCHNITTLICHE NOx-ABSORPTION : ca. 46,4 mg NOx pro Gramm Nano-Biomaterial

DURCHSCHNITTLICHE DOSIERUNG IN BESCHICHTUNGEN* (z. B. an Gebäudewänden, Innenräumen von landwirtschaftlichen Betrieben, Saatgutsilos, Freilaufställen und Dunglagerwänden): je nach Emissionsniveau

DURCHSCHNITTLICHE DOSIERUNG IN BODEN BEWÄSSERUNGSWASSER (für ~ 19,8 kg N ha-1 Jahr-1 )*: 0,00044 Gew.-% (d. h. 0,11 g pro 25 l) - pro Jahr

ANWENDUNGEN : 

Fördert das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen, verbessert die Stresstoleranz der Pflanzen und die Versorgung mit Nährstoffen

• SCHWERMETALLEN : Entfernung von Asern, Kupferentfernung bei niedrigem pH-Wert, Aktiniden

• ÖLE UND SCHÄDLICHE CHEMISCHE VERBINDUNGEN : Beschleunigt die Entfernung von Öl in Wasser-Öl-Emulsionen, Asphaltene Scavenging, Entgiftung von chlorierten organischen Lösungsmitteln.

• PESTIZIDE UND ARZNEIMITTELRÜCKSTÄNDE : Entgiftung von chlororganischen Pestiziden und polychlorierten Biphenylen (PCB) und Entfernung von Antibiotika wie Piperacillin (PIP), Tazobactam (TAZ), Sulfamethoxazol (SUL), Tetracyclin (TET), Trimethoprim (TRI), Ampicillin (AMP) und Erythromycin (ERY) in wässrigen Medien.