Има ли по-благоприятен за климата начин за наторяване на култури? Отговорът може да е на вятъра

Растенията са естествено „захранвани от слънчева енергия“, но има въглероден отпечатък, свързан с отглеждането им като култура. Горивото, използвано за захранване на трактори и друго оборудване, е част от този отпечатък, но най-големият компонент от порядъка на 36% се свързва с природния газ, използван за производството на синтетични азотни торове.

Между предизвиканите от конфликти смущения на глобалния пазар на природен газ и спешната необходимост от справяне с изменението на климата, зависимостта на азотните торове от изкопаемите горива става несъстоятелна. Идеалното решение би било да се намери начин за доставяне на азот с нисък въглероден отпечатък, използвайки местна възобновяема енергия. Това възможно ли е? В този случай отговорът може да бъде буквално „раздуван от вятъра“.

Зелените растения получават енергията за растеж от слънцето чрез процеса на фотосинтеза. Те правят; обаче се нуждаят от хранителни вещества – минерали, които усвояват от почвата чрез корените си. Азот, фосфор и калий са най-големите нужди на растението и в селското стопанство или градинарството те се доставят като торове. През цялата човешка история азотът е бил най-ограничаващият елемент за производството на култури и с увеличаването на населението наличните източници на азот като тор от домашни животни или птиче гуано не могат да осигурят всичко необходимо. Предизвикателството да се получи достатъчно азот за растенията е донякъде иронично, защото атмосферата съдържа 78% азотен газ; обаче е доста инертен и недостъпен за повечето живи същества. Преди малко повече от 100 години ситуацията с тора се промени. Немски учен на име Фриц Хабер измисли катализатор и система под налягане, за да използва водород и част от азота във въздуха и да го превърне в амоняк, който е форма, достъпна за растенията. Друг инженер на име Карл Бош усъвършенства и разшири процеса, така че до 1914 г. е възможно да се произвеждат 20 тона на ден използваем азот.

Този процес на „Haber-Bosch“ се извършва оптимално в мащабни съоръжения, всяка от които произвежда от порядъка на 1 милион тона годишно или от източници на природен газ, или чрез газификация на въглища. Природният газ се състои от един въглероден и четири водородни атома, но само водородът е необходим, за да реагира с азота във въздуха, за да се получи амоняк (един N атом с три водородни атома). Въглеродът в този случай е от „изкопаем“ източник, така че представлява „емисия на парникови газове“. Има различен начин за генериране на водород, наречен електролиза. Всичко, което е необходимо, е малко вода (два водородни атома и един кислороден атом) и електричество. Този процес отделя водорода и освобождава безвредния кислород. В този сценарий няма въглеродни емисии. Публични и частни изследователи експериментират с дребномащабни процеси на Haber-Bosch за производство на амоняк. Фокусът е върху използването на електроенергия, генерирана от вятър или слънце. Тази концепция се работи от известно време. Например през 2009 г. пилотна инсталация за $3.75 милиона за Западния централен изследователски и аутрич център на Университета на Минесота използва електричество от местно съоръжение за вятърна енергия за производство на 25 тона безводен амоняк годишно. Това беше описано в интервю с Майк Рийз, директор по възобновяема енергия в това съоръжение в Минесота, публикувано в селскостопанското търговско списание Corn+Soybean Digest. Статията беше подходящо озаглавена: „Направете тор от тънък въздух? Използването на наклонена вятърна енергия за производство на възобновяем амоняк може да стабилизира цените на N, да изгради пазари на вятърна енергия.

И така, какво се случва 13 години по-късно? Както при всеки нов химичен процес, той отнема време за оптимизиране. Съществуват и икономии от мащаба, които затрудняват конкуренцията с добре установен процес в промишлен мащаб като този, използван за модерно производство на торове. Възможно е обаче версиите на тази технология да се доближават до търговска осъществимост. А “Технико-икономически анализ“, публикуван през 2020 г. от изследователи от Texas Tech, стигна до заключението, че „целият електрически” амоняк може да бъде произведен на около два пъти по-висока цена от конвенционалния амоняк. Това беше преди драматичните увеличения, наблюдавани при цените на торовете за вегетационния сезон 2022 г. (вж. Модерен фермер: „Фермерите се борят да бъдат в крак с нарастващите цени на торовете).

В интервю за тази статия Майк Рийз от съоръжението на Университета в Минесота казва, че това решение набира скорост. С нарастването на цената на природния газ, разходите за електроенергия от възобновяеми източници намаляват и ангажиментите за смекчаване на изменението на климата излизат на преден план; сега има широк интерес към този вид опция за „зелен амоняк“. Рийз казва, че няколко от мащабните компании за конвенционални торове търсят как биха могли да се преместят в тази посока. Описанието на Рийз за тази технология е публикувано на уебсайта на центъра: „Подхранване на устойчива енергия и селско стопанство: поставяне на вятъра в бутилка” Изследователите на UMN също публикуваха свързано икономически анализ.

Логичен сценарий е да се разработят средномащабни инсталации в диапазона от 30 до 200 тона годишно и да се разположат в селскостопански региони, където има много потенциал за производство на вятърна и слънчева електроенергия. По този начин транспортният отпечатък на тора ще бъде малък и пазарът ще бъде изолиран от глобалните колебания на цените. Очевидно ще има нужда от значителни капиталови инвестиции, но това може да бъде частично адресирано чрез субсидии, предизвикани от изменението на климата, или чрез въглеродни кредити. Тази промяна би била положителна и за сектора на слънчевата и вятърната енергия, тъй като адресира нуждата им от използване по време на пикови производствени периоди, които може да не отговарят на търсенето на мрежата. Има независима линия на интерес в амоняка като по-безопасно средство за съхранение на водород за по-късно освобождаване за много различни приложения.

Сякаш тази история вече не беше достатъчно положителна, има начин производството на торове да бъде още повече „декарбонизирано“. Има растения за биоетанол, разпространени в много земеделски региони в САЩ. Когато ферментират въглехидратите от фуражни запаси като царевично нишесте, те отделят CO2, но той е „въглеродно неутрален“, тъй като идва от скорошна фотосинтеза на културите. Възможно е обаче да се улови това изобилие от газ и да се реагира с амоняк, за да се получи урея, която е по-лесно съхранявана и прилагана форма на азотен тор и такава, която може да се преобразува в други общи формулировки, като UAN или пелети с бавно освобождаване . Осъществяването на тази връзка между производството на амоняк и етанол би имало както бизнес, така и логистични предимства в допълнение към намаляването на въглеродния отпечатък, свързан с всеки продукт.

В заключение, електрификацията на производството на амоняк за селското стопанство изглежда е отличен пример за решението, предвидено от „екомодернисти”, които твърдят, че технологията често е решението на екологичните предизвикателства. В този случай това също е в съответствие с необходимостта да защитим нашата селскостопанска икономика от глобална нестабилност.