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?

Rendkívüli kutatások a mohácsi csata tömegsírjai területén a természetvédelem égisze alatt

A Mohácsi Nemzeti Emlékhely III. számú tömegsírjának területén rendkívüli kutatások fejeződtek be a közelmúltban, amelyeknek bemutatása kiemelt célunk – jelentette ki Rácz András, az Agrárminisztérium természetvédelemért felelős államtitkára a Mohács500 konferencián, előző hétvégén, Pécsen.

Talajorvos­lás a nedvességmegőrzés jegyében

A Kukoricakör szakmai napot szervezett a vízmegőrzésről és a vízmegtartó gazdálkodásról. Zsembeli József, a MATE Karcagi Kutatóintézetének tudományos tanácsadója, intézetigazgató előadásában hangsúlyozta, hogy a hatékony gazdálkodáshoz elengedhetetlen a talaj kémiai, fizikai és biológiai állapotának az ismerete.

Dr. Birkás Márta a talajokról

A Talaj Világnapja apropóján Dr. Birkás Márta professzort arról kérdeztük, hogy mit jelent számára a talaj. Mi a tapasztalata az idei kihívások tükrében, változott-e és ha igen, akkor milyen formában a gazdálkodók hozzáállása a talajokhoz? Valamint, hogy a földműveléshez használt gépek az új kihívásoknak megfelelőek-e, vagy szükség lesz további innovációra a gyártók részéről ezen a területen?

A fügekaktusz minden porcikáját hasznosítják Szicíliában

A fügekaktusz termése ehető, és nemcsak eredeti termőhelyén, Mexikóban és Dél-Amerikában fogyasztják, hanem szerte a világon. Szicíliában is régóta termesztik, és a jó minőség, nagy méret érdekében speciális termesztéstechnológiát fejlesztettek ki. A térségben hagyományosan likőrt, lekvárt és fügesajtot is készítenek belőle, az utóbbi időben pedig aszalványt is.

A műtrágyák megváltoztatják a poszméhek virágérzetét

A műtrágyák korlátozzák a beporzást, mert időlegesen megváltoztatják a poszméhek virágérzetét. A beporzók ritkábban szállnak le a műtrágyával, vagy növényvédő szerekkel nemrégiben permetezett virágokon, mivel képesek észlelni a virág körüli elektromos tér változásait - állapították meg a kutatók.

A "pszichobiotikus" élelmiszerek fogyasztása csökkentheti a stresszt és javíthatja az alvást

Vannak olyan ételek, amelyek negatívan befolyásolhatják az alvást, más ételeket pedig stresszhelyzetben érdemes kerülni. Ezzel szemben egy új tanulmány szerint a "pszichobiotikus étrend" fogyasztása nemcsak a stresszt csökkentheti, hanem segíthet abban is, hogy jobban aludjunk.

Kovamoszatoktól tanulnak a napelem gyártók

A kovamoszat üvegszerű héja segít a fény energiává alakításában gyenge megvilágítású körülmények között, írja a sciencedaily.com. A módszert jól felhasználhatják a napelem gyártók is, bár valószínűleg hazánkat ez a fejlesztés kevéssé érinti, jelenleg…

Növénynemesítésők találkozója

Emléknappal ünnepelte meg a Növénynemesítők Egyesülete azt a korszakos jelentőségű, első magyar növénynemesítési könyvet, amelyet éppen 200 évvel ezelőtt adtak ki. A jeles alkalmat konferenciával is egybekötötték, ahol a magyar növénynemesítés kiváló professzorai ismertették az szántóföldi és kertészeti növénynemesítés kutatás-fejlesztésének és oktatásának helyzetét és kihívásait.

A jó talaj aranyat ér - van, akinek egy unciányit

Nem véletlenül választotta a címben szereplő gondolatot mottójául az Agro.bio Hungary Kft. évzáró-évnyitó rendezvényén. A talaj ügyét szívén viselő cég elsősorban szerette volna felhívni a figyelmet legfontosabb termelő eszközünkre, másrészt az Aranykorona akció keretében fődíjként egy uncia befektetési arannyal térhetett haza a szerencsés gazdálkodó.

Milyen lesz 5 év múlva a vidéki turizmus?

A Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem és a Magyar Mezőgazdaság Kft. közös Agrárakadémia sorozatának ötödik állomása Gyöngyös volt. A Károly Róbert Campus-on az előadók és a fórum résztvevői vidéki turizmus kérdéseivel, lehetőségeivel foglalkoztak. Bár a fórumon elhangzott, hogy az ágazat sok tekintetben egyhelyben toporog, a témában jártas szakértők szerint öt év múlva már más képet mutat majd.