INQUINAMENTO ATMOSFERICO DA AGRICOLTURA

La concimazione con azoto (N) è essenziale per la crescita e lo sviluppo delle piante, poiché controlla i processi vitali di respirazione e fotosintesi. La sua scarsità nei terreni, tuttavia, può creare una grande sfida comune che influisce sulla resa e sulla qualità delle colture. La concimazione azotata non solo è essenziale per l'attività della nitrato reduttasi per l'assimilazione dell'N, ma può anche migliorare l'assorbimento del fosforo (P) nelle colture. In particolare in terreni carenti di P e con un'elevata concentrazione di CO2. 

La maggior parte delle piante, tuttavia, è intollerante ai fertilizzanti sintetici e agli alti livelli di azoto. L'inquinamento da azoto fa sì che le specie tolleranti all'azoto prosperino e superino le piante selvatiche e i funghi più sensibili. Ciò riduce la diversità della fauna selvatica e danneggia la salute delle piante. Inoltre, l'uso eccessivo di fertilizzanti sintetici acidifica il suolo, danneggiandone la salute e riducendone la produttività.

I. ALLEVAMENTO DI ANIMALI

I ruminanti sono scarsi convertitori di N, poiché solo il 5-30% circa dell'N ingerito viene assunto dall'animale e il restante 70-95% viene escreto attraverso feci e urine. Di conseguenza, il carico di N negli escrementi degli animali spesso supera la richiesta delle piante ed è vulnerabile a perdite attraverso emissioni gassose e lisciviazione.

 L'inquinamento atmosferico in questo settore dell'agricoltura deriva dalla volatilizzazione dell'azoto in ammoniaca (NH3) e protossido di azoto (N2O) dal letame. Il riciclo dell'azoto attraverso il letame ha creato un impatto sostanziale sull'ambiente, dato il grande aumento della produzione di letame dall'era preindustriale ( ~ 120 Tg N yr-1 ). Le emissioni agricole di azoto reattivo, principalmente di ammoniaca (NH3), costituiscono la frazione maggiore delle emissioni di azoto reattivo nell'atmosfera. Le emissioni di azoto reattivo da letame e fertilizzanti sintetici contribuiscono in modo significativo al degrado della qualità dell'aria: le emissioni di NOx provocano una notevole produzione di ozono e le emissioni di ammoniaca hanno un impatto sul PM10 e PM2,5 atmosferico. Le emissioni agricole di ammoniaca sono la principale categoria di fonti di PM2,5 in gran parte del mondo. Le deposizioni di azoto derivanti dall'applicazione di concimi e fertilizzanti sintetici esercitano una notevole influenza sul ciclo del carbonio atmosferico attraverso il loro impatto sulla crescita delle piante.

Alcuni studi hanno rivelato che l'efficienza nell'uso dell'azoto da parte delle vacche in lattazione varia tra l'8,96 e il 27,82% in Colombia, il che, in base al numero di animali per unità di superficie, può generare emissioni sostanziali fino a 374 kg di N ha-1 anno-1 dal letame.

II. TERRENI AGRICOLI E STOCCAGGIO DEL GRANO

Sebbene l'agricoltura sia un'importante fonte di NOx, le strategie per ridurre le emissioni non puntuali dovranno incorporare rimedi di gestione del suolo fondamentalmente diversi dalle fonti di combustibili fossili.

Nello Stato della California, ad esempio, è stato rilevato che i terreni coltivati fertilizzati rappresentano dal 20 al 32% delle emissioni totali di NOx-N da tutti i settori dello Stato, mentre i terreni naturali rappresentano dal 5 al 9%. I punti caldi a livello spaziale per le elevate emissioni di NOx dal suolo sono stati identificati per la parte meridionale dello Stato, dove è stato individuato un punto caldo per le emissioni nelle aree in cui il clima è relativamente caldo e arido. Con la crescente tendenza all'aumento delle temperature in tutto il mondo, si prevede che l'aumento delle emissioni di NOx dovuto al clima avrà un impatto sulle regioni settentrionali, dove le temperature raggiungono livelli elevati senza precedenti in estate.

Si stima che i terreni agricoli fertilizzati siano responsabili di circa il 30% delle fonti globali di NOx. In contrasto con l'elevato efflusso dai terreni agricoli fertilizzati (~ 19,8 kg di N ha-1 anno-1 ), le emissioni di NOx dagli ecosistemi naturali sono molto più basse ( ~ 1,0 kg di N ha-1 anno-1 ). Nei casi in cui vengono utilizzati esclusivamente fertilizzanti minerali, ad esempio applicando forme diverse di fertilizzanti (ad esempio, fertilizzanti a lento rilascio) o riducendo le applicazioni di N e utilizzando l'agricoltura di precisione per indirizzare le fasi di sviluppo, tali approcci indicano una diminuzione delle perdite di fertilizzanti N dal suolo delle colture. Negli scenari in cui sono stati applicati emendamenti organici, separando i tempi di applicazione dell'azoto minerale e dei fertilizzanti organici, si è osservata una riduzione delle emissioni di NOx. 

Questa osservazione evidenzia il ruolo critico degli apporti di azoto nei fertilizzanti nell'aumentare il tasso di emissione di NOx da parte dei microbi del suolo e indica l'urgente necessità di strategie di bonifica più intelligenti ed efficaci. Gli stessi fertilizzanti utilizzati per accelerare la crescita delle colture saranno a loro volta la stessa fonte di declino delle colture e di riduzione della biodiversità, poiché l'aumento degli NOx crea un incremento delle piogge acide, in un periodo in cui l'alterazione dei modelli climatici porta a una scarsità di precipitazioni. Se l'acqua disponibile per le colture è minore, non dovrebbe essere né contaminata né dannosa per l'uomo e per i sistemi ecologici in generale. In particolare, le emissioni di NOx sono predominanti quando il contenuto idrico del suolo è inferiore alla capacità del campo e di N2O negli scenari in cui il contenuto idrico del suolo è superiore alla capacità del campo, ad esempio durante le inondazioni causate da piogge improvvise e abbondanti. 

Dalla scarsità di pioggia all'eccesso improvviso, tutti questi aspetti accelerano le emissioni di NOx in un clima sempre più erratico, con conseguenze sia sull'uomo che sui sistemi ecologici. 

CONSEGUENZE SANITARIE, ECOLOGICHE ED ECONOMICHE

L'interazione di NO2 e altri ossidi di azoto (NOx) con l'acqua, l'ossigeno e altre sostanze chimiche presenti nell'atmosfera può formare piogge acide che danneggiano ecosistemi sensibili come laghi e foreste. Livelli elevati di NO2 possono anche danneggiare la vegetazione, diminuendone la crescita e riducendo i raccolti.

La velocità di emissione dei gas azotati nocivi (NOx e N2O) e inerti (N2) dal suolo dipende fortemente dalla disponibilità di azoto, dall'umidità del suolo e dalla temperatura. Le perdite di fertilizzanti azotati sono costose per gli agricoltori e comportano costi economici stimati in paesi come gli Stati Uniti dell'ordine di 210 miliardi di dollari all'anno in danni alla salute e all'ambiente. La riduzione delle emissioni di NOx offre quindi una situazione vantaggiosa per gli agricoltori, la salute dell'ambiente e l'economia. 

I gas NOx sono stati collegati a malattie delle vie respiratorie superiori, asma, cancro, difetti alla nascita, malattie cardiovascolari e sindrome della morte improvvisa del lattante. L'NO2 è scarsamente solubile in acqua e, in seguito all'inalazione, si diffonde nei polmoni e si idrolizza lentamente in acido nitroso e nitrico, causando malattie polmonari, danni ai polmoni e, in caso di esposizione cronica, può rivelarsi fatale. L'NO2 ha anche effetti negativi sulla potenza riproduttiva e, in casi gravi, provoca il cancro.

Per quanto riguarda la vita acquatica, l'azoto reattivo è solubile e può facilmente penetrare nei corsi d'acqua attraverso le acque di dilavamento, dove favorisce la crescita delle piante, provocando talvolta "fioriture algali" che riducono i livelli di luce e ossigeno nell'acqua. Questo altera le comunità vegetali e uccide i pesci, creando "zone morte" marine. Ciò ha conseguenze disastrose per la biodiversità e i mezzi di sussistenza locali.

È evidente che l'inquinamento atmosferico, la salute e il clima devono essere considerati congiuntamente, nella valutazione di come le pratiche agricole e di combustione dei combustibili influiscono sulle emissioni di ossidi di azoto reattivi. 

Alcuni studi hanno stimato che il beneficio derivante dalla riduzione delle emissioni di ammoniaca, grazie alla diminuzione dei decessi prematuri, è potenzialmente pari a 14.837 milioni di euro. Per contro, i costi annuali per le attuali opzioni di riduzione delle emissioni di ammoniaca (mangimi a basso contenuto di azoto, stoccaggio coperto del letame, applicazione di fertilizzanti a base di urea e stabulazione a basse emissioni) sono stati stimati in circa 4,307 miliardi di euro. 

Grazie a strategie intelligenti ed economicamente sostenibili, è possibile contenere le emissioni di gas azotati, ottenendo al contempo acqua pulita, ambienti atmosferici non inquinati e prodotti agricoli più sani. Per quanto riguarda il settore dei combustibili fossili, è necessario catturare in modo più efficiente gli ossidi di azoto provenienti da tali fonti.

Considerando che i benefici economici derivanti dal miglioramento della qualità dell'aria e dell'acqua superano di gran lunga i costi delle misure di riduzione delle emissioni, vi sono motivi sostanziali per dare priorità al contenimento delle emissioni di azoto da fonti agricole, stradali, domestiche e industriali.

IL NOSTRO RIMEDIO

Proponiamo l'uso di bio-nanomateriali non tossici, ecologicamente compatibili e ad alta area superficiale, che possono essere utilizzati in volumi minimi per 

• assorbire elevate quantità di questi inquinanti dall'atmosfera, soprattutto in corrispondenza di fonti ad alta concentrazione come le aziende agricole, per limitare la diffusione e i livelli di NOx ben al di sotto delle soglie di nocività.

• trattenere l'N per periodi più lunghi nel suolo e aumentare la biodisponibilità per le piante, riducendo così l'uso ripetitivo ed eccessivo di fertilizzanti

• bilanciare il pH del suolo per ridurre l'acidità e preservare la biodiversità senza creare un'alterazione dell'equilibrio chimico ecologico.

ECO - RN

COLORE : Nanopolvere bianca

SUPERFICIE SPECIFICA : 35930 m²/kg

ASSORBIMENTO MEDIO DI NOx : circa 9473 mg di NOx per grammo di nano-biomateriale

DOSAGGIO MEDIO NEI RIVESTIMENTI* (ad esempio su pareti di edifici, allevamenti al coperto, silos per le sementi, stalle libere e pareti di stoccaggio del letame) : ~ 2 g per m3 di letame. In alternativa, a seconda dei livelli di emissione

1 metro cubo (m3) di letame = 400 kg

DOSAGGIO MEDIO NELL'ACQUA DI IRRIGAZIONE DEL SUOLO (per ~ 19,8 kg di N ha-1 anno-1 ) *: 0,0004 wt % (cioè 0,1 g per 25L) - per anno o 1,09 kg per ettaro, per anno. (maggiori informazioni nella sezione applicazioni)

1 ettaro viene irrigato con circa 250.000 L di acqua.

APPLICAZIONI

Nanoassorbente efficace per NO2, NH3, propionaldeide, benzaldeide, dimetilammina, N-nitrosodietilammina e metanolo. Soppressione dei fumi e ritardante di fiamma.

Alla reazione con NO2 , si forma una miscela di nitrato (NO3 ), NO e azoto (N) sulla superficie del nanomateriale. L'NO3 è una specie termicamente stabile che si decompone tipicamente a temperature comprese tra 177 e 327 °C.. 

Quando questi adsorbati sono legati alla superficie del nano-biomateriale, tuttavia, le specie di NO2 sono trattenute sulla superficie del nano-biomateriale fino a circa 327 °C, mentre l'NO3 tende a essere stabile a temperature fino a 527 °C. 

Ciò significa che il nano-biomateriale è in grado di trattenere gli NOx e può contribuire a ridurre al minimo le emissioni di letame.

I nitrati (NO3 ) presenti nel terreno sono una fonte primaria di azoto, essenziale per la crescita delle piante. In sostanza, le radici delle piante assorbono i nitrati per una crescita sana e hanno bisogno dei nitrati per produrre aminoacidi che vengono poi utilizzati per formare le proteine. Regola il metabolismo complessivo dell'azoto e fornisce azoto ininterrotto per la biosintesi della clorofilla. Ciò rende importante la stabilità termica degli NOx assorbiti, perché : 

a) i tassi di emissione di NOx possono essere limitati nei climi caldi e nelle situazioni di siccità e

b) grazie alla natura altamente solubile e biodegradabile della specie di fertilizzante NO3 legata alla superficie del nano-biomateriale, le particelle agiscono come sistemi di stoccaggio dei nitrati. Il fertilizzante NO3 viene quindi trattenuto nel suolo attraverso la superficie del nano-biomateriale per periodi più lunghi durante l'anno, con un meccanismo di rilascio ritardato. 

Una disponibilità prolungata di NO3 riduce la necessità di utilizzare ripetutamente i fertilizzanti, facendo risparmiare milioni di dollari agli agricoltori, preservando la salute del suolo, pulendo l'aria e ripristinando l'equilibrio dell'ecosistema. 

Questo approccio è stato concepito per mantenere l'N nel suolo più a lungo e rilasciarlo lentamente alle piante nel corso del tempo attraverso meccanismi diffusivi, man mano che il contenuto di N si smaltisce nel terreno circostante, anziché essere emesso nell'atmosfera come inquinante atmosferico nocivo NOx.

Essendo legato a un nano-biomateriale minerale insolubile in acqua, è probabile che riduca anche l'eccessivo deflusso di azoto nei corsi d'acqua e minimizzi l'inquinamento acquatico.

• Riduce l'acidità del suolo.

• Riduzione degli odori nei cumuli di compost e nel terreno

• Emendamento del suolo, ammendante del suolo

• Agente antipatogeno contro i batteri Gram-negativi (E. coli) e Gram-positivi (S. aureus), i funghi Aspergillus niger e Penicillium oxalicum ( ~ 150 - 250 μg/mL o 0,15 - 0,25 g per litro)

• Contiene un elemento essenziale per la maggior parte dei sistemi biologici, che diventa disponibile per le popolazioni microbiche del suolo e delle acque sotterranee durante la bonifica dei metalli, come beneficio aggiunto.

ECO-R3

NANOARCHITETTURA : Fogli/scaglie atomicamente sottili (< 1 nm di spessore)

SUPERFICIE SPECIFICA : 49550 m²/kg

COLORE : Nanopolvere nero/marrone-nerastro

ASSORBIMENTO MEDIO DI NOx : circa 46,4 mg di NOx per grammo di nano-biomateriale

DOSAGGIO MEDIO NEI RIVESTIMENTI* (ad es. sulle pareti degli edifici, delle aziende agricole al coperto, dei silos per le sementi, dei fienili a stabulazione libera e delle pareti di stoccaggio del letame): a seconda dei livelli di emissione

DOSAGGIO MEDIO NELL'ACQUA DI IRRIGAZIONE DEL SUOLO (per ~ 19,8 kg di N ha-1 anno-1 )*: 0,00044 wt % (cioè 0,11 g per 25L) - per anno

APPLICAZIONI 

Contribuisce ad aumentare la crescita e lo sviluppo delle piante, a migliorare la loro tolleranza allo stress e l'apporto di sostanze nutritive.

• METALLI PESANTI : Rimozione di Asernic, rimozione di rame a basso pH, attinidi

• OLI E COMPOSTI CHIMICI NOCIVI : Accelera la rimozione dell'olio nell'emulsione acqua-olio, scavenging dell'asfaltene, disintossicazione dei solventi organici clorurati.

• PESTICIDI & RESIDUI FARMACEUTICI : Disintossicazione di pesticidi organoclorurati e policlorobifenili (PCB) e rimozione di antibiotici come piperacillina (PIP), tazobactam (TAZ), sulfametossazolo (SUL), tetraciclina (TET), trimetoprim (TRI), ampicillina (AMP) ed eritromicina (ERY) in mezzi acquosi.