窒素肥料は、世界の作物生産において重要な役割を果たしています。 約半分 人口の 1 人は、肥料で育てられた食物によって支えられています。 惑星の大気は 約78パーセント 窒素は、植物が利用できる反応形態にはなりません。 1908 年まで化学者は 発展した 大気中の窒素を、植物が利用できる合成窒素の状態に変換する技術。
ハーバー・ボッシュ法と呼ばれるこの技術は、窒素が空気から取り込まれ、水素と反応してアンモニアを生成する方法です。 効果的な肥料 植物が土壌から吸収できること。 このプロセスは、今日のアンモニアを製造するための標準的な工業手順です。 1.4パーセント 世界の二酸化炭素排出量。
「アンモニア中の水素は、天然ガスなどの化石燃料から供給され、窒素は空気から供給されます」と、アルゴンヌ国立研究所のポスドク研究員である Saurajyoti Kar は言います。 「化石燃料を原料として、また変換プロセスのエネルギー源として使用すると、窒素を豊富に含む肥料を生産する際のエネルギーと環境への悪影響が増大します。 [the] 従来の製造工程。」
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世界のアンモニア市場は到達すると予測されています 824億ドル ハーバー・ボッシュ プロセスがいかにエネルギー集約的であるかを考えると、生産者は、増大する肥料需要を満たすために、より環境に配慮したアプローチを取らなければなりません。 最近では 総合環境科学 勉強、研究者は廃水からアンモニアを除去し、それを肥料に変換するプロセスを評価しました。これは、より持続可能な代替手段となる可能性があります。
都市排水全般 含む 窒素とリンの濃度が高いと、この研究に携わった Kar は言います。 処理施設では、廃水を処理してこの濃度を下げ、次のような問題を回避します。 富栄養化藻類の過成長につながる可能性があり、それが地表水域に排出されると彼は付け加えます.
廃水から窒素を回収することで、生産者はエネルギー集約型のアンモニア生産を避けることができます。 また、すでに大気中に固定されている窒素を再利用します。 「廃水処理施設で窒素を回収する方法の 1 つは、エアストリッピングです」と Kar 氏は言います。 「特定のプロセス温度では、廃水の流れからの過剰なアンモニアが液相から気相に移行し、酸とさらに反応して安定した窒素に富む肥料を形成することができます。」
著者らはライフサイクル分析を実施し、廃水処理プラントからアンモニアをエアストリッピングして窒素を多く含む肥料を作ると、ハーバー ボッシュ プロセスよりも GHG 排出量が 6 分の 1 になることを発見しました。 エアストリッピング技術では、硫酸アンモニウム 1 キログラムあたり 0.2 ～ 0.5 キログラムの二酸化炭素相当量が生成されます。これは、ハーバー ボッシュ プロセスの硫酸アンモニウム 1 キログラムあたりの二酸化炭素相当量 2.5 キログラムよりも大幅に少ない値です。 エアストリッピング プロセスに再生可能エネルギー源を使用すると、排出量をさらに削減できる可能性があります。
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「エアストリッピング ベースの窒素肥料を使用すると、農業からの温室効果ガス排出の負担を軽減し、農業の脱炭素化の目標に貢献できます」と Kar は言います。 農業部門は 11パーセント 肥料の適用を含む、2020 年の国の GHG 排出量。
環境上の利点は別として、廃水処理施設には経済的な利点もあります。 彼らがエアストリッピング システムのインフラストラクチャを確立した場合、資本コストと運用コストは、回収されたアンモニアの販売から得られる収益によって上回ることができると、Kar は言います。
全体として、この研究は、エネルギー集約型の窒素生産プロセスに代わる、より持続可能な代替手段があることを示しています。 エアストリッピングは、標準的なハーバー ボッシュ プロセスよりも小規模で肥料を生産する可能性がありますが、窒素を回収して再利用することで、GHG 排出を最小限に抑え、汚染物質が水源に到達するのを防ぐことができます。