LUCHTVERONTREINIGING DOOR DE LANDBOUW

De bemesting met stikstof (N) is essentieel voor de groei en ontwikkeling van planten omdat het de vitale processen van ademhaling en fotosynthese regelt. De schaarste ervan in de bodem kan echter een belangrijke gemeenschappelijke uitdaging vormen die de opbrengst en de kwaliteit van de gewassen beïnvloedt. Stikstofbemesting is niet alleen essentieel voor de nitraatreductaseactiviteit voor N-assimilatie, maar kan ook de fosforopname (P) in gewassen verbeteren. Met name in P-arme bodems en bij een verhoogde CO2-concentratie. 

De meeste planten zijn echter intolerant voor synthetische meststoffen en hoge stikstofniveaus. Stikstofverontreiniging zorgt ervoor dat stikstoftolerante soorten gedijen en gevoeligere wilde planten en schimmels verdringen. Dit vermindert de diversiteit van de fauna en schaadt de gezondheid van de planten. Bovendien verzuurt de bodem door overmatig gebruik van synthetische meststoffen, waardoor de gezondheid van de bodem wordt geschaad en de bodemproductiviteit afneemt.

I. VEETEELT

Herkauwers zijn slechte N-omzetters, omdat slechts ongeveer 5 - 30% van de opgenomen N door het dier wordt opgenomen en de resterende 70 - 95% wordt uitgescheiden via uitwerpselen en urine. Bijgevolg is de N-belasting in de uitwerpselen van de dieren vaak groter dan de behoeften van de planten en is zij gevoelig voor verliezen via gasvormige emissies en uitspoeling.

 De luchtverontreiniging in deze landbouwsector is het gevolg van de vervluchtiging van N uit mest in ammoniak (NH3) en distikstofoxide (N2O). De recycling van stikstof via mest heeft een aanzienlijk effect op het milieu, gezien de grote toename van de mestproductie sinds het preïndustriële tijdperk ( ~ 120 Tg N jr-1 ). De uitstoot van reactieve stikstof in de landbouw, voornamelijk ammoniak (NH3), vormt de grootste fractie van de uitstoot van reactieve stikstof in de atmosfeer. De uitstoot van reactieve stikstof uit mest en kunstmest draagt aanzienlijk bij tot de verslechtering van de luchtkwaliteit: de uitstoot van NOx leidt tot een aanzienlijke productie van ozon en de uitstoot van ammoniak is van invloed op de PM10 en PM2,5 in de atmosfeer. Landbouwemissies van ammoniak zijn de grootste broncategorie voor PM2,5 in grote delen van de wereld. Stikstofdepositie afkomstig van het gebruik van mest en kunstmest heeft een aanzienlijke invloed op de koolstofcyclus in de atmosfeer door zijn effect op de plantengroei.

Uit studies is gebleken dat de efficiëntie van het gebruik van N door melkgevende koeien in Colombia varieert van 8,96 tot 27,82%, wat afhankelijk van het aantal dieren per oppervlakte-eenheid kan leiden tot een aanzienlijke uitstoot van 374 kg N ha-1 jaar-1 uit mest.

II. LANDBOUWGROND & GRAANOPSLAG

Hoewel de landbouw een belangrijke bron van NOx is, zullen in de strategieën ter vermindering van non-point emissies oplossingen voor bodembeheer moeten worden opgenomen die fundamenteel verschillen van die voor fossiele brandstoffen.

In de staat Californië bijvoorbeeld is vastgesteld dat bemeste akkerlanden verantwoordelijk zijn voor 20 tot 32% van de totale NOx-N-emissies van alle sectoren van de staat, terwijl natuurlijke bodems goed zijn voor 5 tot 9%. Ruimtelijke hotspots voor hoge NOx-emissies uit de bodem worden vastgesteld voor de zuidelijke delen van de staat, waar een hotspot voor emissies wordt vastgesteld in gebieden met een relatief warm en droog klimaat. Met de toenemende trend van stijgende temperaturen over de hele wereld zal deze door het klimaat veroorzaakte stijging van de NOx-emissies naar verwachting gevolgen hebben voor regio's zo ver noordelijk als de Noordse landen, waar de temperaturen in de zomer ongekend hoge niveaus bereiken.

Geschat wordt dat landbouwgronden met meststoffen verantwoordelijk zijn voor ongeveer 30% van de wereldwijde NOx-bronnen. In tegenstelling tot de hoge uitstroom uit bemeste landbouwgronden (~ 19,8 kg N ha-1 jaar-1 ) zijn de NOx-emissies van natuurlijke ecosystemen veel lager ( ~ 1,0 kg N ha-1 jaar-1 ). Wanneer uitsluitend minerale meststoffen worden toegepast, bijvoorbeeld door verschillende vormen van meststoffen toe te passen (bijvoorbeeld langzaam vrijkomende meststoffen) of door de N-toepassingen te verlagen en precisielandbouw te gebruiken om zich te richten op ontwikkelingsstadia, wijzen dergelijke benaderingen op een daling van de N-mestverliezen uit de akkerlandbodem. In scenario's waarin organische bemesting is toegepast, waarbij de toepassingsmomenten van minerale stikstof en organische meststoffen zijn gescheiden, is waargenomen dat de NOx-emissies afnemen. 

Deze constatering wijst op de kritieke rol van de stikstofinbreng in meststoffen bij de verhoging van de uitstoot van NOx door bodemmicroben en wijst op een dringende behoefte aan slimmere en effectievere saneringsstrategieën. Dezelfde kunstmest die wordt gebruikt om de groei van gewassen te versnellen, zal op zijn beurt de oorzaak zijn van de achteruitgang van gewassen en de verminderde biodiversiteit, aangezien meer NOx een toename van zure regen veroorzaakt, in een tijd waarin veranderingen in klimaatpatronen leiden tot schaarse regenval. Als er minder water beschikbaar komt voor de gewassen, zou dat water op zijn minst niet verontreinigd mogen zijn of schadelijk voor de mens en de ecologische systemen in het algemeen. Vooral omdat NOx-emissies overheersen wanneer het bodemwatergehalte lager is dan de veldcapaciteit en N2O in scenario's waarin het bodemwatergehalte hoger is dan de veldcapaciteit, bijvoorbeeld bij overstromingen als gevolg van plotselinge zware regenval. 

Van schaarse regen tot plotselinge overvloed ervan, alle aspecten versnellen de NOx-emissies in een steeds grilliger wordend klimaat en dit heeft gevolgen voor zowel de mens als de ecologische systemen. 

GEZONDHEIDS-, ECOLOGISCHE EN ECONOMISCHE GEVOLGEN

De interactie van NO2 en andere stikstofoxiden (NOx) met water, zuurstof en andere chemicaliën in de atmosfeer kan zure regen vormen die schadelijk is voor gevoelige ecosystemen zoals meren en bossen. Verhoogde NO2-niveaus kunnen ook schadelijk zijn voor de vegetatie, de groei afremmen en de opbrengst van gewassen verminderen.

De snelheid waarmee schadelijke (NOx en N2O) en inerte stikstof (N2) gassen uit de bodem vrijkomen, is sterk afhankelijk van de beschikbaarheid van stikstof, de vochtigheid van de bodem en de temperatuur. Verlies van stikstofmeststoffen is duur voor landbouwers en brengt in landen als de Verenigde Staten economische kosten met zich mee die worden geraamd op ongeveer 210 miljard dollar per jaar aan gezondheids- en milieuschade. Vermindering van de NOx-uitstoot is daarom een win-winsituatie voor landbouwers, de volksgezondheid en de economie. 

NOx-gassen worden in verband gebracht met aandoeningen van de bovenste luchtwegen, astma, kanker, geboorteafwijkingen, hart- en vaatziekten en plotselinge kindersterfte. NO2 is slecht oplosbaar in water en bij inademing diffundeert het in de longen en hydrolyseert het langzaam tot salpeter- en salpeterzuur, dat vervolgens longaandoeningen en longschade veroorzaakt en bij chronische blootstelling fataal kan zijn. NO2 heeft ook negatieve gevolgen voor het voortplantingsvermogen en leidt in ernstige gevallen tot kanker.

Wat het waterleven betreft, is reactieve stikstof oplosbaar en kan het gemakkelijk via afvloeiing in waterlopen terechtkomen, waar het de plantengroei stimuleert, soms resulterend in "algenbloei" die het licht- en zuurstofniveau in het water vermindert. Dit verandert de plantengemeenschappen en doodt vissen, waardoor "dode zones" in zee ontstaan. Dit heeft rampzalige gevolgen voor de biodiversiteit en de plaatselijke bestaansmiddelen.

Het is duidelijk dat luchtverontreiniging, gezondheid en klimaat samen in aanmerking moeten worden genomen bij de beoordeling van de wijze waarop landbouw- en brandstofpraktijken de uitstoot van reactieve stikstofoxiden beïnvloeden. 

Studies hebben geraamd dat het voordeel van een vermindering van de ammoniakemissies door minder vroegtijdige sterfgevallen potentieel 14.837 miljoen euro bedraagt. De jaarlijkse kosten voor de huidige opties ter vermindering van de ammoniakemissie (stikstofarm voeder, overdekte mestopslag, toediening van ureumkunstmest en emissiearme stallen) werden daarentegen geraamd op ongeveer 4,307 miljard euro. 

Door slimme en duurzaam kosteneffectieve strategieën kan de uitstoot van stikstofhoudende gassen worden beperkt en kunnen tegelijkertijd schoon water, een schone lucht en gezondere landbouwproducten worden gerealiseerd. Wat de sector fossiele brandstoffen betreft, is een efficiëntere afvang van stikstofoxiden uit dergelijke bronnen billijk.

Aangezien de economische voordelen van een betere lucht- en waterkwaliteit ruimschoots opwegen tegen de kosten van emissiereductiemaatregelen, zijn er goede redenen om prioriteit te geven aan het terugdringen van stikstofemissies uit landbouw-, verkeers-, huishoudelijke en industriële bronnen.

ONZE OPLOSSING

Wij stellen het gebruik voor van niet-giftige, milieuvriendelijke bio-nanomaterialen met een hoog oppervlak, die in minieme hoeveelheden kunnen worden gebruikt om rechtstreeks

• grote hoeveelheden van deze verontreinigende stoffen uit de atmosfeer absorberen, met name bij bronnen met een hoge concentratie, zoals boerderijen, om de verspreiding en de NOx-niveaus tot ver onder de schadelijke drempels te beperken.

• N langer in de bodem vasthouden en de biologische beschikbaarheid voor planten vergroten, waardoor het herhaaldelijk en buitensporig gebruik van meststoffen wordt verminderd

• de pH van de bodem in evenwicht brengen om de zuurgraad te verminderen en de biodiversiteit in stand te houden zonder het ecologisch chemisch evenwicht te verstoren

ECO - RN

KLEUR : Wit Nanopoeder

SPECIFIEK OPPERVLAK (BET) : 35930 m²/kg

GEMIDDELDE NOx-ABSORPTIE : ca. 9473 mg NOx per gram nano-biomateriaal

GEMIDDELDE DOSERING IN COATINGS* (o.a. in rookgasafvoersystemen, op muren van gebouwen, zaadsilo's, ligboxen & mestopslagmuren) : ~ 0,2 g per liter

GEMIDDELDE DOSERING PER m3 MEST : ~ 2 g per m3 mest. Als alternatief, afhankelijk van het emissieniveau

1 kubieke meter (m3) mest = 400 kg

GEMIDDELDE DOSERING IN BODEM IRRIGATIEWATER (voor ~ 19,8 kg N ha-1 jaar-1 ) *: 0,0004 wt % (d.w.z. 0,1 g per 25L) - per jaar of 1,09 kg per hectare, per jaar. (meer info in de rubriek toepassingen hieronder)

1 hectare wordt geïrrigeerd met ongeveer 250.000 L water.

TOEPASSINGEN 

• Effectief nano-absorptiemiddel voor NO2, NH3, propionaldehyde, benzaldehyde, dimethylamine, N-nitrosodiethylamine en methanol. Rookonderdrukking en vlamvertrager.

Bij reactie met NO2 wordt een mengsel van nitraat (NO3 ), NO en stikstof (N) gevormd nan het oppervlak van het materiaal. NO3 is een thermisch stabiele soort die typisch ontleedt bij temperaturen tussen 177 en 327 °C.. 

Wanneer deze adsorbaten echter aan het nanobiomateriaaloppervlak worden gebonden, worden NO2-soorten op het nanobiomateriaaloppervlak vastgehouden tot ongeveer 327 °C, en het NO3 is meestal stabiel bij temperaturen tot 527 °C. 

Dit betekent dat het nano-biomateriaal NOx kan vasthouden en zo de emissies van mest tot een minimum kan helpen beperken.

Nitraten (NO3 ) in de bodem zijn een primaire bron van stikstof die essentieel is voor de groei van planten. In wezen nemen de plantenwortels nitraten op voor een gezonde groei en hebben ze het nitraat nodig voor de productie van aminozuren die vervolgens worden gebruikt om eiwitten te vormen. Het regelt het algemene stikstofmetabolisme en levert ononderbroken stikstof voor de biosynthese van chlorofyl. Dit maakt de thermische stabiliteit van de geabsorbeerde NOx belangrijk omdat : 

a) de uitstoot van NOx kan worden afgeremd in warme klimaten en droogtesituaties en

b) door de goed oplosbare en biologisch afbreekbare aard van de NO3-meststof die aan het oppervlak van het nanobiomateriaal wordt gebonden, waarbij de deeltjes fungeren als nitraatopslagsystemen. Daardoor wordt NO3-meststof via het nanobiomateriaaloppervlak het hele jaar door langer in de bodem vastgehouden in een mechanisme van vertraagde afgifte. 

Een langere beschikbaarheid van NO3 vermindert de noodzaak om herhaaldelijk kunstmest te gebruiken en bespaart landbouwers miljoenen dollars, houdt de bodem gezond, reinigt de lucht en herstelt het evenwicht in het ecosysteem. 

Deze aanpak is bedoeld om N langer in de bodem te houden en na verloop van tijd via diffusieve mechanismen langzaam aan planten af te geven naarmate het N-gehalte in de omringende bodem afneemt, in plaats van in de atmosfeer te worden uitgestoten als schadelijke NOx-luchtverontreiniging.

De binding aan een in water onoplosbaar mineraal nano-biomateriaal zal waarschijnlijk ook de overmatige uitspoeling van stikstof naar waterwegen verminderen en de waterverontreiniging minimaliseren.

• Vermindert de zuurgraad van de bodem.

• Geurvermindering in composthopen en grond

• Bodemverbeteraar, bodemverbeteraar

• Antipathogeen middel tegen Gram-negatieve (E. coli) en Gram-positieve (S. aureus) bacteriën, de schimmels Aspergillus niger en Penicillium oxalicum ( ~ 150 - 250 μg/mL of 0,15 tot 0,25g per liter)

• Bevat een essentieel element voor de meeste biologische systemen, dat tijdens de sanering van metalen als bijkomend voordeel beschikbaar komt voor de microbiële populaties in bodem en grondwater.

ECO-R3

NANOARCHITECTUUR : Atomisch dunne 2D-vellen (< 1 nm)

SPECIFIEK OPPERVLAK (BET) : 49550 m²/kg

KLEUR : Zwart/zwartbruin Nanopoeder

GEMIDDELDE NOx-ABSORPTIE : approx. 46.4 mg of NOx per gram of nano-biomaterial

GEMIDDELDE DOSERING IN COATINGS* (bijv. op muren van gebouwen, binnenboerderijen, zaadsilo's, vrijloopstallen & muren voor mestopslag) : afhankelijk van het emissieniveau

GEMIDDELDE DOSERING IN BODEM IRRIGATIEWATER (voor ~ 19,8 kg N ha-1 jaar-1)*: 0,00044 wt % (d.w.z. 0,11 g per 25L) - per jaar

TOEPASSINGEN 

Bevordert de groei en ontwikkeling van de plant, verbetert de stressbestendigheid van de plant en de voorziening van voedingsstoffen.

• ZWARE METALEN : Verwijdering van Asernic, verwijdering van koper bij lage pH, actiniden

• OLIËN EN SCHADELIJKE CHEMISCHE VERBINDINGEN : Versnelt de olieverwijdering in water-olie-emulsies, asfalteen-wegvangend, ontgifting van gechloreerde organische oplosmiddelen.

• PESTICIDEN EN FARMACEUTISCHE RESIDUEN : Ontgifting van organische chloorpesticiden en polychloorbifenylen (PCB's) en verwijdering van antibiotica zoals piperacilline (PIP), tazobactam (TAZ), sulfamethoxazol (SUL), tetracycline (TET), trimethoprim (TRI), ampicilline (AMP) en erytromycine (ERY) in waterige media.