Производство удобрений без выбросов углерода

Исследователи из ETH Zurich и Института науки Карнеги показали, как можно производить азотные удобрения более устойчивым способом. Это необходимо не только для защиты климата, но и для снижения зависимости от импортного природного газа и повышения продовольственной безопасности.

Интенсивное земледелие возможно только при удобрении почвы азотом, фосфором и калием. В то время как фосфор и калий можно добывать в виде солей, азотные удобрения приходится производить трудоемким способом из атмосферного азота и водорода. Производство же водорода крайне энергоемко и в настоящее время требует больших объемов природного газа или, как в Китае, угля. Помимо значительного углеродного следа, производство азотных удобрений уязвимо к ценовым шокам на рынках ископаемого топлива.

В исследовании, опубликованном в журнале Environmental Research Letters, ученые пришли к выводу, что переход на углеродно-нейтральное производство азота возможен и может повысить продовольственную безопасность. Они рассмотрели три альтернативных метода:

• Использование ископаемого топлива для производства водорода с улавливанием и хранением углерода (CCS). Это сравнительно эффективный метод, но он не снижает зависимость от ископаемого топлива.
• Электрификация производства через получение водорода методом электролиза воды. Для этого требуется в среднем в 25 раз больше энергии, чем при современном методе с использованием природного газа, что создаст конкуренцию за «зеленую» электроэнергию.
• Производство водорода из биомассы. Этот метод конкурирует с производством продуктов питания за пахотные земли и воду, но может быть целесообразен при использовании отходов биомассы.

Ключом к успеху, вероятно, станет комбинация этих подходов в зависимости от страны, местных условий и доступных ресурсов. Кроме того, критически важно более эффективно использовать азотные удобрения в сельском хозяйстве.

Ученые также определили страны, чья продовольственная безопасность наиболее уязвима из-за зависимости от импорта азота или природного газа: Индия, Бразилия, Китай, Франция, Турция и Германия. Декарбонизация производства удобрений может снизить эту уязвимость.

Кроме того, декарбонизация, вероятно, изменит список стран-производителей азотных удобрений. В будущем выиграют те, кто обладает большим потенциалом солнечной и ветровой энергетики, а также достаточными земельными и водными ресурсами, например, Канада и США.