Back to top

Környezetbarát műtrágyagyártás

A növénytermesztésben a nagyobb termésátlag, jobb termésminőség érdekében elengedhetetlen a nitrogén, a kálium és a foszfor adagolása, ezeket a tápanyagokat műtrágyákkal, valamint szerves anyagokkal juttatjuk a talajba. A túlzásba vitt trágyázás esetén azonban a tápanyagok szennyezhetik a környezetet, a levegőt, a talajt és a vizet, kedvezőtlenül hatnak a biológiai sokféleségre és az éghajlatra.

Mindannyiunk közös érdeke, hogy a mezőgazdasági termelők úgy tarthassák fent gazdálkodásukat, hogy közben csak minimálisan szennyezik a környezetet. Világszerte számos tudományos műhelyben igyekeznek kutatásokkal is alátámasztott folyamatokat kidolgozni a műtrágya környezetbarát gyártására, felhasználására. Most a közelmúltban ismertetett két érdekes kutatási témát mutatunk be.

Lehetséges lenne kémiai módszerek helyett pusztán mechanikai eljárással műtrágyát készíteni? Egy új kísérlet szerint igen, igaz, röntgensugarat is kell hozzá használni.

A Horvátországban működő Ruđer Bošković Intézet (IRB), az amerikai Lehigh Egyetem és a német DESY Intézet kutatóiból álló nemzetközi csapat a Green Chemistry folyóiratban foglalta össze kutatásainak eredményét.

Részecskegyorsító és röntgensugár

Jonas Baltrusaitis csapata több száz gramm új típusú műtrágyát tudott készíteni az általuk kidolgozott folyamattal
Jonas Baltrusaitis csapata több száz gramm új típusú műtrágyát tudott készíteni az általuk kidolgozott folyamattal
Fotó: Lehigh University, Jonas Baltrusaitis
A DESY (Deutsches Elektronen-Synch­rotron, Német Elektronszinkrotron) Intézetet 1959-ben alapították Hamburgban. Fő kutatási területei a részecskefizika és a szinkrotronsugárzás vizsgálata. A szóban forgó eljárás során az DESY Intézet speciális berendezésében addig őrölték a kiindulási alapanyagként szolgáló karbamidot és gipszet, amíg szilárd kötésű vegyület keletkezett a két anyagból. Az őrlés után kialakuló kötés később fokozatosan szabadítja fel a műtrágyák két fontos elemét, a nitrogént és kalciumot, ezáltal csökkenthető a vizek terhelése: az így előállított műtrágya környezetbarát.

Az őrlési folyamat gyors, hatékony és tiszta, ezért a kutatócsoport szerint nagyobb léptékben, akár ipari méretekben is jól alkalmazható, noha az új módszerrel készített műtrágyát szántóföldi kísérletben még nem tesztelték.

Az őrlési folyamat követésére és a gyártás optimalizálására a DESY Intézetben a PETRA III nevű berendezés (gyorsító) nagy energiájú röntgensugár-forrását használták.

A DESY és az IRB szakemberei évek óta kutatják a kémiai reakciók kiváltására szolgáló mechanikai folyamatok alapjait. A mechanokémia különféle mechanikai folyamatokat, kompressziót, rázást, vagy éppen őrlést alkalmaz a kémiai átalakulás eléréséhez.

Martin Etter, a mérőállomás – ahol a PETRA III berendezés is található – vezetője úgy fogalmazott, hogy a mechanokémia nagyon régi technológia, hiszen a gabonát például évezredek óta őrli az emberiség. Viszont csak most kezdték röntgensugarak segítségével részletesebben tanulmányozni a hátterüket, ami segít megérteni, hogyan használhatók fel ezek a folyamatok a kémiai reakciók kiváltására.

A Martin Etter által vezetett mérőállomás azon kevesek egyike a világon, ahol rutinszerűen elemezhető valamely mechanokémiai eljárás egy szinkrotron (részecskegyorsító) és röntgensugarak segítségével.

Etter éveken át fejlesztette a mérőállomást, és a berendezések jellemzően nemzetközi kutatókból álló használóival együttműködve folyamatosan dolgozott a mechanokémiai reakciók elemzésére és optimalizálására szolgáló módszerek finomhangolásán.

Egyedi újrahasznosítás

A Michigani Egyetem két kutatója, Nancy Love és Krista Wigginton környezetmérnök professzorok emberi vizelet felhasználásával készített trágyát tesztelnek, mégpedig az egyetemi arborétum bazsarózsáin. A vizelet újrahasznosításának – ahogy ők nevezik, pee-cyclingnak – elméleti hátterét a két környezetmérnök saját kutatása adja, amely bizonyította, hogy a begyűjtött, hígított és „érlelt” vizelet hatékonyan használható trágyaként anélkül, hogy antibiotikum-rezisztens DNS jutna a környezetbe. A kutatásra 2016-ban a National Science Foundation hárommillió dolláros támogatását nyerték el. Munkájuk során különböző módszereket teszteltek a vizelet gyűjtésére, feldolgozására és kezelésére, valamint vizsgálták a vizelet újrahasznosításának környezeti és gazdasági előnyeit is. A kutatók állítják, hogy a vizelet a kertben hasznosítható tápanyagok „folyékony aranya”, mivel nitrogént, káliumot és foszfort tartalmaz, amelyek elősegítik a növények fejlődését, virágzását, emellett könnyen hozzáférhető is. Elkötelezett hívei a körforgásos gazdaságnak, ezzel is hozzájárulva a környezet védelméhez. A kutatónők célja, hogy energia­hatékony szűrők és fertőtlenítőberendezés használatával koncentrátum formájában minél hamarabb kereskedelmi forgalomba kerülhessen az általuk kifejlesztett „trágya”.

A mérőállomás tehát jelenleg az egyik legnépszerűbb a kutatók körében, és számos reakciótípus tanulmányozására alkalmas. Krunoslav Užarević, a zágrábi kutatócsoport vezetője kiemelte, hogy a DESY mechanokémiai létesítménye valószínűleg a legjobb a világon. Mint mondta, világszerte csupán néhány helyen lehet követni egy mechanokémiai reakciót, Martin Etter szakértelme és a PETRA III speciális beállításai nélkül lehetetlen lett volna eredményeket elérni.

Speciális kristály

A kiindulási anyagokat por formájában tették a tartályba, amely két acélgolyót is tartalmazott. A porokat rázással és őrléssel tovább finomították és keverték, amíg nem alakult ki közöttük kémiai kötés.

A csapat a PETRA III berendezés röntgensugarának segítségével élőben figyelhette a reakciót, így betekintést kaptak az őrlési folyamatba, ami lehetőséget ad a kívánt műtrágya előállításához szükséges reakciók körülményeinek optimalizálására.

A P02.1 mérőállomás berendezéseivel a reakcióelegy fejlődése közvetlenül nyomon követhető anélkül, hogy meg kellene szakítani a folyamatot. A kutatók így meg tudták határozni a pontos reakcióutakat, és elemezhették a késztermék mennyiségét vagy éppen a tisztaságát. Az optimalizált folyamat végén a kiindulási anyagok 100%-a átalakult a kívánt műtrágyává.

A kokristálynak elnevezett végtermék szilárd, kristályos szerkezete két különböző anyagból áll, és ismétlődő mintákban gyengébb intermolekuláris kölcsönhatások stabilizálják. Az „építőkövek” a gipszből származó kalcium-szulfát és a karbamid. Az őrléssel a karbamid és a kalcium-szulfát kötést alakít ki. Jonas Baltrusaitis, az amerikai kutatócsapat vezetője szerint a karbamid önmagában nagyon gyenge kötésű kristályt képez, amely könnyen lebomlik, és túl gyorsan szabadul fel belőle a nitrogén. Kalcium-szulfáttal társítva azonban a mechanokémiai folyamat sokkal határozottabb kokristályt eredményez, amely lassabban szabadítja fel a nitrogént.

Ennek a kokristálynak a kémiai kötései elég gyengék ahhoz, hogy nitrogént és kalciumot szabadítsanak fel, de elég erősek ahhoz, hogy megakadályozzák a két elem egyidejű képződését.

Az új módszerrel létrejött kokristályok
Az új módszerrel létrejött kokristályok
Fotó: Desy, Gesine Born
Éppen ez a fajta kibocsátás az így készített műtrágya nagy előnye, és ezáltal enyhítheti a jelenleg használt nitrogénműtrágyák egyik fő problémáját. Élelmiszerbiztonsági okokból a mű­trágyáknál az alapelv az, hogy a növények a benne található nitrogén és foszfor lehető legnagyobb hányadát hasznosítsák, hangsúlyozta Baltrusaitis. A hagyományos műtrágyák adagolásakor a nitrogénnek csak mintegy 47%-a hasznosul, a többi kimosódik, és ez az élővizekben hatalmas károkat okoz. Az Északi-tengeren és a Mexikói-öbölben például holt zónák jönnek létre, ahol a kimosódott felesleges műtrágyát hasznosító algák felszaporodása miatt csökken a vízben található oxigén, elpusztítva a tengeri élőlényeket. Ezen túlmenően ezeknek a műtrágyáknak az úgynevezett Haber- Bosch eljárással történő előállítása (a levegő nitrogénjének karbamidba történő megkötése) nagyon sok energiát, évente a világ földgázkészletének mintegy négy százalékát elfogyasztja.

A vizsgált őrlési eljárás jelentősen csökkentheti ezt a fogyasztást. Ha a karbamid hatékonyságának 50%-os növelésével kevesebb karbamidot kell készíteni Haber-Bosch eljárással, csökken a földgáz iránti igény is, állítja a kutató.

Az őrlés gyors és nagyon hatékony, a keletkező műtrágya pedig teljesen tiszta, a vízen kívül semmilyen mellékterméket nem tartalmaz. A kutatók azt is kiemelték, hogy kísérletük eredményéül nemcsak egy hatékonyabb műtrágyát, hanem egy környezetbarát előállítási módszert is kidolgoztak. Míg a PETRA III-ban végzett kísérlet során csak mindössze egy gramm műtrágyát vizsgáltak, a Baltrusaitis és Užarević vezette kutatócsoport a kapott adatokat felhasználta a folyamat fejlesztésére és eddig több száz gramm műtrágyát tudtak előállítani azonos eljárással és hatékonysággal. Következő lépésként a csapat azt tervezi, hogy ipari méretűre bővíti a folyamatot, valamint dolgoznak a valós körülmények közötti tesztelésen is.

Forrás: 
Kertészet és Szőlészet
Ezt a cikkünket és a témában további cikkeket a Kertészet és Szőlészet 2022/22 számában olvashat.

Népszerű agrárszaklapok

Ezeket olvasta már?

Levideózták a patakban fürdőző hódot Mátranovákon

Boldogan úszkáló hódot videóztak Mátranovákon, a védett állat a településen keresztül folyó Bárna-patakban pancsolt.

Nem kívánt örökség

Hazánk minden tája szebbnél szebb erdőkben és mezőkben bővelkedik. A pazar látványt azonban gyakran beárnyékolja egy eldobott csokoládépapír, zsebkendő, és sok esetben nagy mennyiségű hulladék is.

Volt, ahol a szokásosnál háromszor több eső esett

Az aszályos nyár után a kilencedik legcsapadékosabb szeptember volt az idei 1901 óta - közölte az Országos Meteorológiai Szolgálat kedden a Facebook-oldalán.

Az energiaárak a Füvészkert növényeit is veszélybe sodorják

Óriási költségtételt jelent a növényházak, sok esetben a melegházak fűtése. Mivel a pálmaházi talajba ültetett növényeket nem lehet mozgatni, más megoldást kell találni a megmentésükre.

A túlélésünk érdekében szükséges a zöldítés

Ha nem tesszük meg a zöld fordulatot, akkor az emberiségnek nincs jövője - hívta fel a figyelmet az ENSZ Közgyűlésének elnöke kedden az energiaügyekről, klímaügyekről és zöld átmenetről szóló kerekasztal-fórumon a szervezet New York-i székházában magyar szervezésben.

Szorosabbra fűzik a magyar-üzbég agrárkapcsolatokat

A kertészetek és üvegházak fejlesztéséről, a szőlészet és borászat vonatkozásában, valamint a 2023-2024-es időszakra vonatkozó munkatervről írt alá három megállapodást Nagy István agrárminiszter Aziz Voitov üzbég mezőgazdasági tárcavezetővel kedden, Budapesten.

Kata, a győztes hidegvérű

Hagyomány Kaposváron, hogy a térség jellemző lófajtáját fogatokban bemutatják, ahogy az is, hogy a magyar hidegvérűnek tenyészszemlét rendeznek. A KÁN Egyetemi napokon sem volt ez másképp. A Magyar Hidegvérű Lótenyésztő Országos Egyesület 15 tenyésztője, 36 magyar hidegvérű lóval volt jelen. 20 tenyészmén és 16 tenyészkanca, illetve 10 szopós csikó szerepelt a kiállításon.

Műtrágyából ne keverjen AdBlue-t!

Lesz-e elég AdBlue a piacon? Hogyan kell tárolni és meddig áll el ez a fontos adalékanyag? Ha ugyanúgy karbamidból áll, mint a műtrágya, akkor miért nem lehet házilag előállítani? Érdekes AdBlue-kisokost tett közzé a minap az agrarheute.com portál három nagy mezőgépgyártó cég segítségével.

Hogyan válhatna húzóágazattá az élelmiszertermelés?

Át kell gondolni az életképtelen, nemzetközileg versenyképtelen kisgazdaságok támogatását, mivel veszteség az ágazat számára. Ugyanakkor ösztönözni szükséges a termékpályák menti szerveződéseket.

A kenyér útját járják végig a gyerekek a BASF oktatási segédleteivel

Szerintünk a mezőgazdaság a legfontosabb hivatás a világon – hirdeti évek óta a BASF. Az idén új kampányt indítottak, amivel a legfogékonyabb korosztály, a kisiskolások ismereteit szeretnék bővíteni a mezőgazdaságról. Első eredményeikről az Európában egyedülállóan korszerű Pano Pékségben tartott sajtótájékoztatón számoltak be.