Proti znečistění ovzduší se dá bojovat i jednoduchým nástrojem za dolar

Jednoduché nové zařízení, které přijde na méně než 1 USD, by mohlo pomoci celosvětovému úsilí o snížení škodlivého znečištění ovzduší emisemi amoniaku. A zároveň zlepšit produkci potravin! Malý plastový nástroj navrhli brazilští vědci ve spolupráci s IAEA (Mezinárodní agentura pro atomovou energii) a FAO (Organizace OSN pro výživu a zemědělství). K otestování a potvrzení přesnosti a užitečnosti nástroje byly použity izotopové techniky. Nyní se zavádí v zemědělství, aby pomohl zemím sledovat emise amoniaku jak z rostlinné tak živočišné výroby.

24 % světových emisí skleníkových plynů má na svědomí zemědělství. Mikrobiální procesy v půdě přeměňují nadbytek dusíkatých hnojiv nebo zvířecí exkrementy na oxidy dusíku, které se pak uvolňují do atmosféry.

Amoniak - sloučenina dusíku a vodíku, NH₃, je jedním z hlavních vedlejších produktů zemědělství. Tento plyn může v atmosféře působit jako sekundární zdroj oxidu dusného (N₂O), což je silný skleníkový plyn, který zhoršuje znečištění vody, způsobuje zdravotní problémy a může poškodit celé ekosystémy. N₂O je jako skleníkový plyn 300× nebezpečnější než oxid uhličitý. V atmosféře zůstává déle než 120 let. Pokud se hnojivo neaplikuje správně, může se až polovina dusíku z hnojiva uvolnit do atmosféry. Kromě ekologických to má také velké finanční důsledky. Pochopení této ztráty je zásadní pro vydávání doporučení zemědělcům, jak mají lépe řídit používání hnojiv - může jim to pomoci maximalizovat produktivitu. „V průměru se 35 % dusíkatých hnojiv používaných v Brazílii ztratí do atmosféry jako amoniak, což má velký dopad na životní prostředí a ekonomiku,“ říká Segundo Urquiaga, vědec z Agrobiologického výzkumného centra brazilské společnosti pro zemědělský výzkum (EMBRAPA).

S rostoucí světovou populací roste poptávka po potravinách

Znamená to rozšiřování živočišného průmyslu a rostoucí závislost na organických i syntetických dusíkatých hnojivech při výrobě potravin. To také znamená více emisí amoniaku. Očekává se, že tento trend bude pokračovat i v příštím desetiletí, což představuje nebezpečí pro zdraví lidí a životní prostředí. Odborníci v zemích, jako je Brazílie, hledají způsoby, jak změřit a zmírnit ztráty amoniaku do atmosféry. K dispozici je již mnoho sofistikovaných metod, jako jsou větrné tunely či mikrometeorologické techniky, ale jsou drahé a vyžadují provoz vysoce kvalifikovaných terénních techniků. „Měření a zmírňování tohoto procesu bylo v minulosti pracné, časově náročné a relativně drahé,“ uvedl Urquiaga. „Navržená nová technika je nákladově efektivní, rychlá a lze ji použít kdekoli. Její použití bude mít přímý dopad na zemědělce, kteří tak nejen ušetří zdroje, ale také budou snižovat znečištění ovzduší.“

Nový nástroj je tak jednoduchý, že vypadá jako školní projekt

Komora se vyrobí odstraněním dna velké plastové láhve a jeho připojením nad otevřené hrdlo láhve. Tím se chrání tenký proužek pěny, který vede podél vnitřku láhve od hrdla dolů až k malému plastovému kelímku ukotvenému do půdy třemi kovovými hroty. Pěna je nasycena kyselým roztokem, který zachycuje amoniak. Komora se umístí podél sledovaných rostlin nebo areálu hospodářských zvířat a každých 24 hodin se pěna vymění a převede do laboratoře k analýze. Toto jedinečné a jednoduché zařízení a pokyny k jeho použití vyvinuli vědci ze Společné divize FAO / IAEA pro jaderné techniky v potravinářství a zemědělství, EMBRAPA a brazilského Agronomického institutu v Paraná (IAPAR). „Toto zařízení nám může zjistit ztráty amoniaku. Umožňuje vyhodnotit účinnost hnojení a podmínky pro to, aby dostatek dusíku zůstal v půdě pro zvýšení produktivity rostlin, zejména v méně úrodné půdě a půdě s nedostatkem dusíku. Ve výsledku lze přejít k řešením s významný dopadem na produkci potravin a zároveň příznivým pro klima,“ řekl Mohammad Zaman, půdní vědec a odborník na výživu rostlin ve Společné divizi jaderných technik FAO / IAEA v potravinářství a zemědělství.

Zařízení slouží k přesnému měření ztrát amoniaku. Ve výsledném projektu pak budou navrženy další doplňkové zemědělské postupy ke snížení emisí skleníkových plynů. K těmto postupům patří kapkové zavlažovací systémy, společné aplikace hnojiv s inhibitory dusíku a střídání plodin s využitím luštěnin vázajících dusík.

Jednoduché, přesto spolehlivé

Hlavním problémem takového jednoduchého zařízení byla spolehlivost jeho výsledků. K testování vědci použili izotopovou techniku. Do běžného hnojiva se přidá stopovač - stabilní izotop dusíku ¹⁵N, což umožní velmi přesně měřit množství amoniaku zachyceného v plastové komoře. Kolik amoniaku se uvolní, lze stanovit pomocí metody hmotnostní bilance dusíku. Množství dusíku v půdě se kontroluje v průběhu času. Dá se tak velmi přesně zjistit, za jakých podmínek dusíkaté sloučeniny utíkají do ovzduší, jaké vlivy to řídí, kdy a jak a jaký druh hnojiva použít, a hlavně v jakém množství atd.

Výsledky testů ukázaly, že i jednoduchá plastová komora je spolehlivá a vhodná pro sledování emisí amoniaku z organických a syntetických hnojiv používaných pro jednoleté a víceleté plodiny, jakož i pro množství dusíku z exkrementů vylučovaných hospodářskými zvířaty. „Tato metoda je vysoce účinná a přesná při měření a monitorování amoniaku ve srovnání s tradiční metodou v uzavřené komoře,“ řekl Urquiaga.

Experti v šesti zemích - Brazílie, Chile, Kostarika, Etiopie, Írán a Pákistán - již tento nástroj začali používat. Očekává se rozšířené využívání této jednoduché metody, s plánovaným zveřejněním výsledků projektu ve zvláštním vydání recenzovaného mezinárodního vědeckého časopisu, jakož i s plánem doporučit Mezivládnímu panelu pro změnu klimatu (IPCC) začlenit tento nástroj jako metodu pro použití v zemědělských systémech po celém světě, zejména v rozvojových zemích.

Dusík

Dusík hraje důležitou roli v růstu rostlin a fotosyntéze, procesu, kterým rostliny používají sluneční světlo k syntéze živin z oxidu uhličitého a vody. Dusík se často přidává do půdy ve formě hnojiva. V přírodě se vyskytuje většinou jako stabilní izotop ¹⁴N (99,6 %). (Je také známo čtrnáct radioizotopů dusíku, s nukleonovými čísly od 10 do 25. Všechny radioizotopy mají krátký poločas přeměny, nejstabilnější z nich je ¹³N a poločasem 9,965 minut. Všechny ostatní mají poločas kratší než 7,2 s, většinou kratší než 0,6 s. Izotopy s nukleonovým číslem nižším než 14 se většinou přeměňují na izotopy uhlíku, izotopy s nukleonovým číslem nad 15 na izotopy kyslíku.) Pomocí hnojiv označených stabilními izotopy dusíku 15 - atomů s extra neutronem navíc ve srovnání s „normálním“ dusíkem ¹⁴N - mohou vědci sledovat cestu dusíku v půdě i v rostlinách a určit, jak účinně rostliny hnojivo přijímají, či jak a kde se dusík ztrácí. Tato technika samozřejmě pomáhá určit optimální množství hnojiva k použití. Obsah izotopů dusíku ve vzorcích se velmi přesně určuje hmotnostní spektroskopií.

Názorné shrnující video (v angličtině): https://www.iaea.org/newscenter/multimedia/videos/using-nuclear-science-to-measure-greenhouse-gases

Zdroj: https://www.iaea.org/newscenter/news/fighting-air-pollution-with-a-1-tool