TARIMDAN KAYNAKLANAN HAVA KIRLILIĞI

Azot (N) gübrelemesi, solunum ve fotosentez gibi hayati süreçleri kontrol ettiği için bitki büyümesi ve gelişimi için gereklidir. Ancak topraktaki azlığı, mahsullerin verimini ve kalitesini etkileyen büyük bir genel zorluk yaratabilir. Azot gübrelemesi sadece N asimilasyonu için nitrat redüktaz aktivitesi için gerekli değildir, aynı zamanda mahsullerde fosfor (P) alımını da artırabilir. Özellikle P eksikliği olan topraklarda ve yüksek CO2 konsantrasyonunda. 

Ancak çoğu bitki sentetik gübrelere ve yüksek azot seviyelerine karşı toleranssızdır. Azot kirliliği, azota toleranslı türlerin gelişmesine ve daha hassas yabani bitkiler ve mantarlarla rekabet etmesine neden olur. Bu da yaban hayatı çeşitliliğini azaltır ve bitki sağlığına zarar verir. Ayrıca, sentetik gübrelerin aşırı kullanımı toprağı asitlendirerek sağlığına zarar verir ve toprak verimliliğini azaltır.

I. HAYVANCILIK

Ruminantlar zayıf N dönüştürücülerdir, çünkü yutulan N'un sadece %5-30'u hayvan tarafından alınır ve geri kalan %70-95'i dışkı ve idrar yoluyla atılır. Sonuç olarak, hayvan dışkısındaki N yükleri genellikle bitki taleplerini aşar ve gaz emisyonları ve sızıntı yoluyla kayıplara karşı savunmasızdır.

 Tarımın bu sektöründeki hava kirliliği, gübreden amonyak (NH3) ve azot oksit (N2O) halinde N buharlaşmasından kaynaklanmaktadır. Azotun gübre yoluyla geri dönüşümü, sanayi öncesi dönemden bu yana gübre üretimindeki büyük artış göz önüne alındığında (~ 120 Tg N yıl-1 ) çevre üzerinde önemli bir etki yaratmıştır. Başta amonyak (NH3) olmak üzere tarımsal reaktif nitrojen emisyonları, atmosfere yayılan reaktif nitrojen emisyonlarının en büyük kısmını oluşturmaktadır. Gübre ve sentetik gübreden kaynaklanan reaktif azot emisyonları hava kalitesinin bozulmasına önemli ölçüde katkıda bulunur: NOx emisyonları önemli ölçüde ozon üretimine neden olur ve amonyak emisyonları atmosferik PM10 ve PM2.5'i etkiler. Tarımsal amonyak emisyonları, dünyanın büyük bir bölümünde PM2.5 için en büyük kaynak kategorisidir. Gübre ve sentetik gübre uygulamalarından kaynaklanan azot birikimi, bitki büyümesi üzerindeki etkisi yoluyla atmosferik karbon döngüsü üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Çalışmalar, Kolombiya'da süt veren ineklerin N kullanım verimliliğinin %8,96 ile %27,82 arasında değiştiğini ve birim alandaki hayvan sayısına göre gübreden 374 kg N ha-1 yıl-1'e kadar önemli miktarda emisyon üretebileceğini ortaya koymuştur.

II. TARIM TOPRAKLARI & TAHIL DEPOLAMA

Tarım önemli bir NOx kaynağı olsa da, noktasal olmayan emisyonları azaltmaya yönelik stratejilerin fosil yakıt kaynaklarından temelde farklı olan toprak yönetimi çözümlerini içermesi gerekecektir.

Örneğin Kaliforniya eyaletinde, gübrelenmiş ekili arazilerin eyaletteki tüm sektörlerden kaynaklanan toplam NOx-N emisyonlarının %20 ila 32'sini oluşturduğu, doğal toprakların ise %5 ila 9'unu oluşturduğu tespit edilmiştir. Yüksek toprak NOx emisyonları için mekansal sıcak noktalar, iklimin nispeten sıcak ve kurak olduğu bölgelerde emisyonlar için bir sıcak noktanın belirlendiği eyaletin güney kesimleri için tanımlanmıştır. Dünya genelinde artan sıcaklık trendiyle birlikte, NOx emisyonlarında iklimden etkilenen bu artışın, yaz aylarında sıcaklıkların daha önce görülmemiş yüksek seviyelere ulaştığı İskandinav ülkelerine kadar kuzeydeki bölgeleri etkilemesi beklenmektedir.

Gübre bazlı tarımsal toprakların küresel NOx kaynaklarının yaklaşık %30'undan sorumlu olduğu tahmin edilmektedir. Gübrelenmiş tarımsal topraklardan kaynaklanan yüksek akışın aksine (~19,8 kg N ha-1 yıl-1 ), doğal ekosistemlerden kaynaklanan NOx emisyonları çok daha düşüktür (~1,0 kg N ha-1 yıl-1 ). Mineral gübrelerin münhasıran uygulandığı durumlarda, örneğin farklı gübre formlarının uygulanması (örneğin yavaş salınımlı gübreler) veya N uygulamalarının azaltılması ve gelişim aşamalarını hedeflemek için hassas tarımın kullanılması, bu tür yaklaşımlar ekili alan toprağından N gübre kayıplarında bir azalmaya işaret etmektedir. Organik değişikliklerin uygulandığı senaryolarda, mineral Azot ve organik gübrenin uygulama zamanlamasını ayırarak, NOx emisyonlarının azaldığı gözlemlenmiştir. 

Bu gözlem, gübredeki azot girdilerinin toprak mikroplarından NOx emisyon oranını artırmadaki kritik rolüne işaret etmekte ve daha akıllı ve daha etkili iyileştirme stratejilerine acil ihtiyaç olduğunu göstermektedir. Mahsulün büyümesini hızlandırmak için kullanılan aynı gübre, iklim modellerindeki değişikliklerin yağışların azalmasına yol açtığı bir dönemde, artan NOx asidik yağmurlarda bir artış yarattığından, mahsulün azalmasının ve biyolojik çeşitliliğin azalmasının da aynı kaynağı olacaktır. Eğer mahsuller için daha az su kullanılabilir hale geliyorsa, bu suyun en azından insanlar ve genel olarak ekolojik sistemler için ne kirlenmiş ne de zararlı olması gerekir. Özellikle, toprak su içeriğinin tarla kapasitesinin altında olduğu durumlarda NOx emisyonları ve toprak su içeriğinin tarla kapasitesinin üzerinde olduğu senaryolarda N2O emisyonları daha baskın olduğundan, örneğin ani şiddetli yağışların neden olduğu sel sırasında. 

Yağmurun azlığından ani fazlalığına kadar tüm unsurlar, giderek düzensizleşen bir iklimde NOx emisyonlarını hızlandırmakta ve bunun hem insanlar hem de ekolojik sistemler üzerinde sonuçları olmaktadır. 

SAĞLIK, EKOLOJİK VE EKONOMİK SONUÇLAR

NO2 ve diğer azot oksitlerin (NOx) atmosferdeki su, oksijen ve diğer kimyasallarla etkileşimi, göller ve ormanlar gibi hassas ekosistemlere zarar veren asit yağmurları oluşturabilir. Yüksek NO2 seviyeleri bitki örtüsüne de zarar verebilir, büyümeyi azaltabilir ve mahsul verimini düşürebilir.

Zararlı (NOx ve N2O) ve inert azot (N2) gazlarının topraktan yayılma hızı büyük ölçüde Azot mevcudiyetine, toprak nemine ve sıcaklığa bağlıdır. Azotlu gübre kayıpları çiftçiler için maliyetlidir ve Amerika Birleşik Devletleri gibi ülkelerde sağlık ve çevresel zararlar açısından yılda 210 milyar dolar civarında olduğu tahmin edilen ekonomik maliyetler taşır. Bu nedenle NOx emisyonlarının azaltılması çiftçiler, çevre sağlığı ve ekonomi için bir kazan-kazan durumu sunmaktadır. 

NOx gazları üst solunum yolu hastalıkları, astım, kanser, doğum kusurları, kardiyovasküler hastalıklar ve ani bebek ölümü sendromu ile ilişkilendirilmiştir. NO2 suda az çözünür ve solunduğunda akciğere yayılır ve yavaşça nitröz ve nitrik aside hidrolize olur, bu da akciğer hastalığına, akciğer hasarına neden olur ve kronik maruziyette ölümcül olabilir. NO2 ayrıca üreme gücü üzerinde olumsuz etkilere sahiptir ve ciddi vakalarda kanserle sonuçlanır.

Sudaki yaşama gelince, reaktif nitrojen çözünebilir ve akıntılar yoluyla kolayca su yollarına girebilir ve burada bitki büyümesini teşvik eder, bazen sudaki ışık ve oksijen seviyelerini azaltan 'alg patlamalarına' neden olur. Bu durum bitki topluluklarını değiştirir ve balıkları öldürerek denizde "ölü bölgeler" yaratır. Bu durum biyoçeşitlilik ve yerel geçim kaynakları için feci sonuçlar doğurmaktadır.

Tarım ve yakıcı yakıt uygulamalarının reaktif nitrojen oksit emisyonlarını nasıl etkilediğinin değerlendirilmesinde hava kirliliği, sağlık ve iklimin birlikte ele alınması gerektiği açıktır. 

Çalışmalar, amonyak emisyonlarının azaltılmasının erken ölümleri azaltarak sağlayacağı faydanın potansiyel olarak 14.837 milyon Avro olduğunu tahmin etmektedir. Buna karşılık, çağdaş amonyak emisyonu azaltma seçeneklerinin (düşük azotlu yem, kapalı gübre depolama, üre gübresi uygulaması ve düşük emisyonlu hayvan barınakları) yıllık maliyetinin yaklaşık 4.307 milyar € olduğu tahmin edilmektedir. 

Akıllı ve sürdürülebilir maliyet-etkin stratejiler sayesinde, temiz su, kirlenmemiş hava ortamları ve daha sağlıklı tarımsal ürünler elde edilirken azotlu gazların emisyonu kontrol altına alınabilir. Fosil yakıt sektörüne gelince, bu tür kaynaklardan azot oksitlerin daha etkin bir şekilde tutulması hakkaniyet açısından gereklidir.

Hava ve su kalitesinin iyileştirilmesinin ekonomik faydalarının, emisyon azaltma önlemlerinin maliyetlerinden çok daha ağır bastığı göz önünde bulundurulduğunda, tarımsal, trafik, evsel ve endüstriyel kaynaklardan kaynaklanan Azot emisyonlarının azaltılmasına öncelik verilmesi için önemli gerekçeler bulunmaktadır.

BİZİM ÇAREMİZ

Toksik olmayan, çevreyle uyumlu, yüksek yüzey alanlı biyo-nanomalzemelerin kullanılmasını öneriyoruz; bu malzemeler çok küçük hacimlerde doğrudan

• Özellikle çiftlikler gibi yüksek konsantrasyonlu kaynaklarda bu kirleticilerin yüksek miktarlarını atmosferden emerek yayılmayı sınırlandırır ve NOx seviyelerini zararlı eşiklerin oldukça altına düşürür.

• N'yi toprakta daha uzun süre tutarak bitkiler için biyoyararlanımı artırır ve böylece tekrarlayan ve aşırı gübre kullanımını azaltır

• ekolojik kimyasal dengede bir eğim yaratmadan asitliği azaltmak ve biyoçeşitliliği korumak için toprak pH'ını dengelemek

ECO - RN

RENK : Beyaz Nanotoz

BELİRLİ YÜZEY ALANI : 35930 m²/kg

ORTALAMA NOx ABSORPSİYONU : nano-biyomateryalin gramı başına yaklaşık 9473 mg NOx

KAPLAMALARDA ORTALAMA DOZAJ* (örneğin baca sistemlerinde, bina duvarlarında, tohum silolarında, serbest duraklı ahırlarda ve gübre depolama duvarlarında) : Litre başına ~ 0,2 g

 m3 GÜBRE BAŞINA ORTALAMA DOZAJ: ~ 2 g  Alternatif olarak, emisyon seviyelerine bağlı olarak

1 metreküp (m3) gübre = 400 kg

TOPRAK SULAMA SUYUNDAKI ORTALAMA DOZAJ (~ 19,8 kg N ha-1 yıl-1 için) *: 0,0004 wt % (yani 25L başına 0,1 g) - yılda veya hektar başına 1,09 kg, yılda. (daha fazla bilgi aşağıdaki uygulamalar bölümünde)

1 hektar yaklaşık 250.000 L su ile sulanmaktadır.

UYGULAMALAR

NO2, NH3, propionaldehyde, benzaldehyde, dimethylamine, N-nitrosodiethylamine ve metanol için etkili nano-sorbent. Duman bastırma ve alev geciktirici.

NO2 ile reaksiyona girdiğinde, nitrat (NO3), NO ve nitrojen (N) karışımı nan-biyomalzeme yüzeyinde oluşur. NO3, tipik olarak 177 ila 327 °C arasındaki sıcaklıklarda ayrışan termal olarak kararlı bir türdür. 

Ancak bu adsorbatlar nano-biyomateryal yüzeyine bağlandığında, NO2 türleri nano-biyomateryal yüzeyinde yaklaşık 327 °C'ye kadar tutulur ve NO3 527 °C'ye kadar olan sıcaklıklarda kararlı olma eğilimindedir. 

Bu, nano-biyomateryalin NOx'i tutabileceği ve gübreden kaynaklanan emisyonları en aza indirmeye yardımcı olabileceği anlamına gelir

Topraktaki nitratlar (NO3 ) bitki büyümesi için gerekli olan birincil nitrojen kaynağıdır. Esasen, bitki kökleri sağlıklı büyüme için nitratları emer ve daha sonra proteinleri oluşturmak için kullanılan amino asitleri üretmek için nitrata ihtiyaç duyarlar. Genel azot metabolizmasını düzenler ve klorofil biyosentezi için kesintisiz azot sağlar. Bu, emilen NOx'in termal stabilitesini önemli kılar çünkü : 

a) NOx emisyon oranları sıcak iklimlerde ve kuraklık durumlarında azaltılabilir ve

b) NO3 gübre türünün yüksek çözünürlüklü ve biyolojik olarak parçalanabilir doğası nedeniyle, patiküllerin nitrat depolama sistemleri olarak hareket ettiği nano-biyomateryal yüzeyine bağlanır. Böylece NO3 gübresi, nano-biyomateryal yüzeyi aracılığıyla toprakta yıl boyunca daha uzun süre gecikmeli salım mekanizmasıyla tutulur. 

NO3'ün daha uzun süre toprakta kalması, tekrarlayan gübre kullanımı ihtiyacını azaltarak çiftçilere milyonlarca dolar tasarruf sağlar, toprak sağlığını korur, havayı temizler ve ekosistemdeki dengeyi yeniden kurar. 

Bu yaklaşım, N'yi toprakta daha uzun süre tutmak ve zararlı bir NOx hava kirleticisi olarak atmosfere yayılmak yerine, N içeriği çevredeki toprakta ayrıştıkça difüzyon mekanizmaları yoluyla zaman içinde bitkilere yavaşça salınmak üzere tasarlanmıştır.

Suda çözünmeyen bir mineral nano-biyomateryale bağlı olması da azotun su yollarına aşırı akışını azaltacak ve su kirliliğini en aza indirecektir.

• Toprak asitliğini azaltır.

• Kompost yığınlarında ve toprakta kokunun azaltılması

• Toprak ıslahı, toprak düzenleyici

• Gram-negatif (E. coli) ve Gram-pozitif (S. aureus) bakterilere, Aspergillus niger ve Penicillium oxalicum mantarlarına karşı anti-patojenik ajan ( ~ 150 - 250 μg/mL veya litre başına 0,15 ila 0,25 g)

• Çoğu biyolojik sistem için temel bir element içerir ve metallerin iyileştirilmesi sırasında ek bir fayda olarak toprak ve yeraltı suyu mikrobiyal popülasyonları için kullanılabilir hale gelir.

ECO-R3

NANOMİMARİ  : Atomik Olarak İnce 2D pullar

BELİRLİ YÜZEY ALANI : 49550 m²/kg

RENK : Siyah/Siyah-Kahverengi Nanotoz

ORTALAMA NOx ABSORPSİYONU : nano-biyomateryalin gramı başına yaklaşık 46,4 mg NOx

KAPLAMALARDA ORTALAMA DOZAJ* (örneğin bina duvarlarında, kapalı çiftliklerde, tohum silolarında, serbest duraklı ahırlarda ve gübre depolama duvarlarında) : emisyon seviyelerine bağlı olarak

TOPRAK SULAMA SUYUNDAKI ORTALAMA DOZAJ (~ 19,8 kg N ha-1 yıl-1 için)*: 0,00044 ağırlıkça % (yani 25 litre başına 0,11 g) - yıllık

UYGULAMALAR 

Bitki büyüme ve gelişimini artırmaya yardımcı olur, bitkinin stres toleransını ve besin maddelerinin sağlanmasını geliştirir

• AĞIR METALLER : Asernik giderimi, düşük pH'da bakır giderimi, aktinitler

• YAĞLAR VE ZARARLI KİMYASAL BİLEŞİKLER : Su-yağ emülsiyonunda yağ giderimini hızlandırır, Asfalten süpürme, klorlu organik solventlerin detoksifikasyonu.

• PESTISITLER VE FARMASÖTIK KALINTILAR : Organo-klorlu pestisitlerin ve poliklorlu bifenillerin (PCB'ler) detoksifikasyonu ve piperasilin (PIP), tazobaktam (TAZ), sülfametoksazol (SUL), tetrasiklin (TET), trimetoprim (TRI), ampisilin (AMP) ve eritromisin (ERY) gibi antibiyotiklerin sulu ortamda uzaklaştırılması.