PÕLLUMAJANDUSEST TULENEV ÕHUSAASTE

Lämmastiku (N) väetamine on taimede kasvuks ja arenguks hädavajalik, kuna see kontrollib hingamise ja fotosünteesi elutähtsaid protsesse. Selle vähesus mullas võib aga olla suur probleem, mis mõjutab põllukultuuride saagikust ja kvaliteeti. Lämmastikväetamine ei ole oluline mitte ainult nitraatide reduktaasi aktiivsuse jaoks N assimilatsiooniks, vaid võib ka parandada fosfori (P) omastamist põllukultuurides. Eriti P-puudulikes muldades ja kõrgenenud CO2 kontsentratsioonis. 

Enamik taimi ei talu aga sünteetilisi väetisi ja suurt lämmastikusisaldust. Lämmastikureostus põhjustab lämmastikku taluvate liikide õitsengut ja nende konkurentideks on tundlikumad looduslikud taimed ja seened. See vähendab metsloomade mitmekesisust ja kahjustab taimede tervist. Sünteetiliste väetiste liigne kasutamine hapestab mulla, kahjustades selle tervist ja vähendades mulla tootlikkust.

I. LOOMAKASVATUS

Mäletsejalised on halvad N-konverterid, sest loom võtab vaid umbes 5-30% söödud N-st ja ülejäänud 70-95% eritub väljaheitega ja uriiniga. Selle tulemusena ületab loomsete väljaheidete N-koormus sageli taimede nõudluse ning on ohustatud gaasiliste heitmete ja leostumise kaudu toimuvatele kadudele.

 Selle põllumajandussektori õhusaaste tuleneb N lendumisest sõnnikust ammoniaagiks (NH3) ja dilämmastikoksiidiks (N2O). Lämmastiku taaskasutamine sõnniku kaudu on avaldanud märkimisväärset mõju keskkonnale, arvestades sõnnikutootmise suurt kasvu alates eelindustriaalse ajastu algusest ( ~ 120 Tg N aastas-1 ). Põllumajanduse reaktiivse lämmastiku, peamiselt ammoniaagi (NH3) heitkogused moodustavad suurima osa atmosfääri paisatud reaktiivse lämmastiku heitkogustest. Sõnnikust ja sünteetilistest väetistest pärineva reaktiivse lämmastiku heitkogused aitavad oluliselt kaasa õhukvaliteedi halvenemisele: NOx heitkogused põhjustavad märkimisväärset osoonitootmist ja ammoniaagi heitkogused mõjutavad PM10 ja PM2,5 atmosfääri. Põllumajandusest pärinevad ammoniaagi heitkogused on suurim PM2,5 allikakategooria suures osas maailmas. Sõnniku ja sünteetiliste väetiste kasutamisest tulenev lämmastiku sadestumine mõjutab oluliselt atmosfääri süsinikuringet, kuna see mõjutab taimekasvu.

Uuringud on näidanud, et lüpsvate lehmade lämmastiku kasutamise tõhusus Kolumbias varieerub 8,96-27,82%, mis vastavalt loomade arvule pindalaühiku kohta võib tekitada sõnnikust kuni 374 kg lämmastikku hektaril aastas-1 .

II. PÕLLUMALDUSED JA TERJALADUSTAMINE

Kuigi põllumajandus on oluline NOx allikas, tuleb mittetäieliku heite vähendamise strateegiadesse kaasata pinnase majandamise meetmed, mis erinevad põhimõtteliselt fossiilsete kütuste allikatest.

Näiteks California osariigis on leitud, et väetatud põllumaad moodustavad 20-32 % riigi kõigi sektorite NOx-N koguheitest, samas kui looduslikel muldadel on 5-9 %. Ruumilised kuumad kohad, kus mulla NOx heitkogused on suured, on kindlaks tehtud osariigi lõunaosas, kus heitkoguste kuumad kohad on kindlaks tehtud piirkondades, kus kliima on suhteliselt kuum ja kuiv. Kuna temperatuuride tõusutrend on kogu maailmas üha suurem, mõjutab see kliima poolt mõjutatud NOx heitkoguste tõus eeldatavasti ka põhjapoolseid piirkondi, kus temperatuurid saavutavad suvel enneolematult kõrgeid tasemeid.

Hinnanguliselt moodustavad väetistega töödeldud põllumajanduslikud mullad ligikaudu 30% ülemaailmsest NOx allikatest. Vastupidiselt suurele väljavoolule väetatud põllumajandusmaadest (~ 19,8 kg N ha-1 aastas-1 ) on looduslikest ökosüsteemidest pärit NOx heitkogused palju väiksemad (~ 1,0 kg N ha-1 aastas-1 ). Kui kasutatakse ainult mineraalväetisi, näiteks kasutades erinevaid väetusvorme (näiteks aeglaselt vabanevaid väetisi) või vähendades N-lisandite kasutamist ja kasutades täppispõllumajandust, et suunata arengufaasi, näitavad sellised lähenemisviisid, et N-väetiste kaod põllumaalt vähenevad. Nende stsenaariumide puhul, kus on kasutatud orgaanilisi lisandeid, lahutades mineraal- ja orgaaniliste väetiste kasutamise ajastust, on täheldatud NOx heitkoguste vähenemist. 

See tähelepanek osutab väetiste lämmastikusisalduse kriitilisele rollile mulla mikroobide NOx heitkoguste suurendamisel ning näitab tungivat vajadust arukamate ja tõhusamate heastamisstrateegiate järele. Sama väetis, mida kasutatakse põllukultuuride kasvu kiirendamiseks, on omakorda sama allikas, mis põhjustab põllukultuuride vähenemist ja bioloogilise mitmekesisuse vähenemist, kuna suurenenud NOx tekitab happelise vihma suurenemise ajal, mil kliimamuutused põhjustavad väheseid vihmasadusid. Kui põllukultuuride jaoks muutub vähem vett kättesaadavaks, ei tohiks see vähemalt olla saastunud ega kahjulik inimestele ja ökosüsteemidele tervikuna. Eriti kuna NOx emissioonid on valdavamad, kui mulla veesisaldus on alla põllu mahutavuse, ja N2O emissioonid, kui mulla veesisaldus on üle põllu mahutavuse, nt äkiliste tugevate vihmade põhjustatud üleujutuste ajal. 

Alates sademete vähesusest kuni nende ootamatu ülekülluseni kiirendavad kõik aspektid NOx heitkoguseid üha ebastabiilsemaks muutuvas kliimas ning sellel on tagajärjed nii inimestele kui ka ökosüsteemidele. 

TERVISLIKUD, ÖKOLOOGILISED JA MAJANDUSLIKUD TAGAJÄRJED

NO2 ja teiste lämmastikoksiidide (NOx) koostoimes vee, hapniku ja muude atmosfääris leiduvate kemikaalidega võib tekkida happevihm, mis kahjustab tundlikke ökosüsteeme, nagu järved ja metsad. Kõrgenenud NO2-tasemed võivad kahjustada ka taimestikku, vähendades kasvu ja saagikust.

Kahjulike (NOx ja N2O) ja inertsete lämmastikgaaside (N2) eraldumise kiirus mullast sõltub suuresti lämmastiku kättesaadavusest, mulla niiskusest ja temperatuurist. Lämmastikväetiste kadu on põllumajandustootjatele kulukas ja toob kaasa majanduslikke kulusid, mille suurusjärgus on USA-s hinnanguliselt 210 miljardit dollarit aastas tervise- ja keskkonnakahjudena. NOx heitkoguste vähendamine on seega kasulik nii põllumajandustootjatele, keskkonnatervisele kui ka majandusele. 

NOx gaasid on seotud ülemiste hingamisteede haiguste, astma, vähi, sünnidefektide, südame- ja veresoonkonnahaiguste ja imikute äkksurma sündroomiga. NO2 on vees raskesti lahustuv ja sissehingamisel difundeerub see kopsudesse ning hüdrolüüsub aeglaselt lämmastik- ja lämmastikhappeks, mis põhjustab kopsuhaigusi ja kopsukahjustusi ning võib kroonilisel kokkupuutel osutuda surmavaks. NO2 avaldab negatiivset mõju ka reproduktiivsele võimekusele ja tõsistel juhtudel põhjustab vähki.

Mis puutub vee-elustikku, siis reaktiivne lämmastik on lahustuv ja võib kergesti sattuda vooluveekogudesse, kus see soodustab taimede kasvu, mille tulemuseks on mõnikord vetikate õitsemine, mis vähendab valguse ja hapniku taset vees. See muudab taimekooslusi ja tapab kalu, tekitades mere "surnud tsooni". Sellel on katastroofilised tagajärjed bioloogilisele mitmekesisusele ja kohalikele elatusallikatele.

Ilmselgelt tuleks õhusaastet, tervist ja kliimat ühiselt arvesse võtta, kui hinnatakse, kuidas põllumajandus- ja kütusetavad mõjutavad reaktiivsete lämmastikoksiidide heitkoguseid. 

Uuringute kohaselt on ammoniaagi heitkoguste vähenemisest saadav kasu enneaegsete surmajuhtumite vähenemise tõttu potentsiaalselt 14 837 miljonit eurot. Seevastu kaasaegsete ammoniaagiheite vähendamise võimaluste (vähese lämmastikusisaldusega sööt, kaetud sõnnikuhoidlad, karbamiidväetiste kasutamine ja vähese heitega loomapidamine) aastased kulud on hinnanguliselt umbes 4,307 miljardit eurot. 

Arukate ja jätkusuutlikult kulutõhusate strateegiate abil on võimalik piirata lämmastikgaaside heitkoguseid, saavutades samal ajal puhta vee, saastamata õhukeskkonna ja tervislikumad põllumajandustooted. Nagu fossiilkütuste sektoris, on ka fossiilkütuste sektoris vajalik lämmastikoksiidide tõhusam kogumine sellistest allikatest.

Arvestades asjaolu, et õhu- ja veekvaliteedi paranemisest saadav majanduslik kasu kaalub valdavalt üles heitkoguste vähendamise meetmete kulud, on oluline põhjus seada prioriteediks lämmastiku heitkoguste piiramine põllumajanduslikest, liiklusest, kodumajapidamistest ja tööstuslikest allikatest.

MEIE LAHENDUS

Me teeme ettepaneku kasutada mittetoksilisi, keskkonnasõbralikke, suure pindalaga bio-nanomaterjale, mida saab kasutada väikestes kogustes otse 

• absorbeerida suures koguses neid saasteaineid atmosfäärist, eriti kõrge kontsentratsiooniga allikates, nagu põllumajandusettevõtted, et piirata nende levikut ja NOx taset tunduvalt alla kahjulike piirmäärade.

• säilitada N pikema aja jooksul mullas ja suurendada selle biosaadavust taimedele, vähendades seeläbi väetiste korduvat ja liigset kasutamist.

• tasakaalustada mulla pH-d, et vähendada happesust ja säilitada bioloogilist mitmekesisust, ilma et ökoloogiline keemiline tasakaal muutuks.

ECO - RN

VÄRVUS : Valge Nanopulber 

KONKREETSED PINNAD : 35930 m²/kg

KESKMINE NOx ADSORPTSIOON : umbes 9473 mg NOx ühe grammi nanobiomaterjali kohta.

KESKMINE ANNUS PINNAKATETES* (nt hoonete seintel, siseruumides, seemnesilosid, vabapidamisladude ja sõnnikuhoidlate seintel) : ~ 2 g m3 sõnniku kohta. Alternatiivselt, sõltuvalt heitkoguste tasemest

1 kuupmeeter (m3) sõnnikut = 400 kg.

KESKMINE ANNUS PINNASE KASTMISVEES (~ 19,8 kg N ha-1 aastas-1 ) *: 0,0004 massiprotsenti (st 0,1 g 25 l kohta) - aastas või 1,09 kg hektari kohta aastas. (lisainfo allpool olevas rakenduste osas)

1 hektar kastetakse umbes 250 000 l veega.

RAKENDUSED: 

Tõhus nanosorbent NO2, NH3, propionaldehüüdi, bensaldehüüdi, dimetüülamiini, N-nitrosodietüülamiini ja metanooli jaoks. Suitsusummutus ja leegiaeglusti.

Reaktsioonil NO2-ga moodustub nitraatide (NO3 ), NO ja lämmastiku (N) segu nanobiomaterjali pinnal. NO3 on termiliselt stabiilne liik, mis tavaliselt laguneb temperatuuril 177-327 °C... 

Kui need adsorbaadid on seotud nanobiomaterjali pinnaga, jäävad NO2 liigid siiski nanobiomaterjali pinnale kuni umbes 327 °C , ja NO3 kipub olema stabiilne temperatuuril kuni 527 °C. 

See tähendab, et nano-biomaterjal suudab kinni hoida NOx, mis aitab vähendada sõnnikust tulenevaid heitkoguseid.

Nitraadid (NO3 ) on mullas peamine lämmastiku allikas, mis on taimede kasvuks hädavajalik. Taimede juured imavad nitraate tervisliku kasvu tagamiseks ja vajavad nitraate aminohapete tootmiseks, mida seejärel kasutatakse valkude moodustamiseks. See reguleerib üldist lämmastiku ainevahetust ja tagab katkematu lämmastiku klorofülli biosünteesiks. See muudab neeldunud NOx termilise stabiilsuse oluliseks, sest : 

a) NOx emissioonimäärasid saab kuumas kliimas ja põuaperioodidel ohjeldada ja

b) NO3-väetiste kõrge lahustuvuse ja biolagunevuse tõttu, mis on seotud nanobiomaterjali pinnaga, kus patiklid toimivad nitraatide säilitussüsteemidena. NO3-väetis säilib seega nano-biomaterjali pinnal pikema aja jooksul kogu aasta vältel mullas, kuna see toimib hilinenud vabanemise mehhanismina. 

NO3 pikem kättesaadavus vähendab vajadust korduva väetise kasutamise järele ja säästab põllumajandustootjatele miljoneid dollareid, säilitab mulla tervise, puhastab õhku ja taastab ökosüsteemi tasakaalu. 

Selline lähenemisviis on ette nähtud selleks, et hoida N pikemalt mullas ja anda taimedele aeglaselt välja difusioonimehhanismide kaudu, kuna N-sisaldus laguneb ümbritsevas mullas, selle asemel et sattuda atmosfääri kahjuliku NOx-õhusaasteainena.

Kuna lämmastik on seotud vees mittelahustuva mineraalse nanobiomaterjaliga, vähendab see tõenäoliselt ka lämmastiku ülemäärast äravoolu veekogudesse ja vähendab veekogude reostust.

• Vähendage mulla happesust.

• Lõhna vähendamine kompostihunnikutes ja mullas

• Mullaparandus, mullaparandusaine

• Antipatogeenne aine gramnegatiivsete (E. coli) ja grampositiivsete (S. aureus) bakterite, seente Aspergillus niger ja Penicillium oxalicum vastu ( ~ 150 - 250 μg/ml või 0,15 kuni 0,25 g liitri kohta).

• Sisaldab enamiku bioloogiliste süsteemide jaoks olulist elementi, mis muutub metallide regenereerimise käigus lisakasuna kättesaadavaks pinnase ja põhjavee mikroobipopulatsioonidele.

ECO-R3

NANOARHITEKTUUR : Aatomiliselt õhukesed 2D lehed 

KONKREETSED PINNAD : 495 500 cm²/g

VÄRVUS : Must/pruun-must nanopulber

KESKMINE NOx ADSORPTSIOON : umbes 46,4 mg NOx ühe grammi nanobiomaterjali kohta.

KESKMINE ANNUS PINNAKATETES* (nt hoonete seintel, siseruumides, seemnesiloovides, vabapidamisladude ja sõnnikuhoidlate seintel) : sõltuvalt heitkoguste tasemest.

KESKMINE ANNUS PINNASE KASTMISVEES (~ 19,8 kg N ha-1 aastas-1 )*: 0,00044 massiprotsenti (st 0,11 g 25 l kohta) - aastas.

RAKENDUSED : 

Aitab suurendada taimede kasvu ja arengut, parandab taimede stressitaluvust ja toitainetega varustamist.

• RASKEMETALLID : Aserniidi eemaldamine, vase eemaldamine madala pH juures, aktiniidid

• ÕLID JA KAHJULIKUD KEEMILISED ÜHENDID : Kiirendab õli eemaldamist vee-õli emulsioonist, asfalteenide puhastamist, klooritud orgaaniliste lahustite detoksikatsiooni.

• PESTITSIIDID JA RAVIMIJÄÄGID : Kloororgaaniliste pestitsiidide ja polüklooritud bifenüülide (PCB) detoksikatsioon ning selliste antibiootikumide nagu piperatsilliin (PIP), tasobaktaam (TAZ), sulfametoksasool (SUL), tetratsükliin (TET), trimetoprim (TRI), ampitsilliin (AMP) ja erütromütsiin (ERY) eemaldamine vesikeskkonnas.