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?

Erdészeti és vadgazdálkodási kérdésekről tárgyalt a magyar és a szlovén agrárminiszter

Magyarország és Szlovénia kölcsönösen előnyös együttműködésre törekszik az erdőgazdálkodás, a vadgazdálkodás területén, továbbá a két ország egyaránt fontosnak tartja az állategészségügyi megelőző lépések összehangolását - jelentette ki Nagy István agrárminiszter szombaton a Vas megyei Felsőszölnökön, ahol megbeszélést folytatott Irena Sinko szlovén mezőgazdasági, erdészeti és élelmezési miniszterrel.

Új összefüggést találtak a társadalmi elszigeteltség és a demencia kockázati tényezői között

A szociális életmódot meghatározó tényezők, köztük a társadalmi elszigeteltség, összefüggésbe hozhatók a neurodegeneráció kockázati tényezőivel - derül ki a kanadai McGill Egyetem új tanulmányából.

A neandervölgyiek hatalmas elefántokra vadásztak

Egy új tanulmány szerint a neandervölgyiek nagyobb csoportokban élhettek, mint eddig hittük, és hatalmas elefántokra vadásztak, amelyek akár háromszor nagyobbak voltak a ma ismert fajoknál.

Magukkal vitték háziállataikat a vikingek Angliába

A Skandináviából Angliába hajózó vikingek lovakat, kutyákat és elképzelhető, hogy sertéseket is vittek magukkal, derült ki egy friss tudományos kutatásból, amelyet a BBC News ismertetett csütörtökön.

Mókás kinézetű tamarin érkezett Debrecenbe

Társat kapott a tavaly Debrecenbe érkezett fehérajkú tamarin hím: egy másik fiatal hím a csehországi Ústí nad Labem állatkertjéből került a Nagyerdőbe - közölte az állatkert vezetője az MTI-vel csütörtökön.

Letaszították a trónról a border collie-t

Az intelligencia és a kognitív képességek felmérése céljából új vizsgálatot végeztek a kutyák körében. A vizsgálat nem teljes körű, mivel csak 13 fajta 1002 egyedén végezték el a teszteket. A kutatás tanulmányában leírtak szerint a híresen kimagaslóan magas intelligenciával rendelkező border collie csak második lett, az első helyet egy másik fajta nyerte el.

Kárpátaljai gazdákat támogat a FAO partnerség az Európai Unió finanszírozásában

Vidéki háztartások, mezőgazdasági kistermelők és mezőgazdasági kisvállalkozások részesülnek az Európai Unió (EU) által finanszírozott és az Egyesült Nemzetek Élelmezésügyi és Mezőgazdasági Szervezete (FAO) által megvalósított, 15,5 millió dolláros (5,58 milliárd Ft-os) projektből, amelynek célja a mezőgazdasági, halászati és erdészeti értékláncok erősítése, a háborús körülményekhez való igazodása.

Új szabályokra kell odafigyelnie a gazdálkodóknak a támogatások érdekében

Az uniós előírásoknak megfelelően a korábbiakhoz képest jelentősebb szerepet kapott az új Közös Agrárpolitikában (KAP) a fenntarthatóság, ugyanakkor a magyar kormány a nemzeti társfinanszírozás mértékének emelésével arra törekedett, hogy egyensúlyba kerüljenek a környezeti és versenyképességi szempontok – jelezte előadásában Feldman Zsolt csütörtökön, a Komáromban tartott fórumon.

A kávé és a vesebetegség közötti kapcsolat egy genetikai variánstól függhet

A Torontói Egyetem és a Padovai Egyetem kutatói megállapították, hogy a gyakori kávéfogyasztás és a veseműködési zavarok közötti összefüggés egy közös genetikai variáción múlik.

USA: Hová lett a föld?

Az USA-ban 2013/14 óta mintegy 6,5 millió hektár mezőgazdasági terület tűnt el a statisztikákból. Ez megegyezik Németország teljes gabonatermő területével. Mi történt ezekkel a talajokkal? És ami a piac szempontjából fontos, szükség esetén újra művelésbe lehet őket vonni?