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?

A madarak vándorlásának eddig ismeretlen pozitív hatását fedezték fel

A vízimadarak a tavaszi vándorlás során kulcsszerepet játszanak az európai szárazföldi növények elterjesztésében az északi szélességi körökre, és ezzel erősítik a növények klímaváltozással szembeni ellenállóképességét - állapították meg magyar és spanyol ökológusok a velencei-tavi tőkés récék ürülékmintáit vizsgálva.

Megújult a gödöllői Arbo Park

A Pilisi Parkerdő megújította egyik leglátogatottabb turisztikai központja, az Arbo Park elnevezésű gödöllői erdészeti arborétum turisztikai szolgáltatásait - közölte az erdőgazdaság szóvivője kedden az MTI-vel.

Növényi étrenddel csökken a bélrák kockázata a férfiaknál

A növényi alapú étrend 22 százalékkal csökkentheti a férfiak bélrákkockázatát egy új kutatás szerint - idézte a The Guardian online kiadása egy nagyszabású amerikai tanulmány eredményeit.

Veszítenek illatukból a virágok

A növények többek között virágillattal vonzzák beporzóikat. Ám a hőmérséklet növekedésével veszíthetnek illatukból a virágok. Egy kutatócsoport 5 °C-os felmelegedést szimulált, és ennek több haszonnövényre és rovarfajra gyakorolt hatását tanulmányozta. A hatás a szamóca esetében volt a legerősebb.

Beruházási vidékfejlesztési támogatások

A KAP Stratégiai Terv keretében, a korábbi támogatási ciklusokhoz hasonlóan, ismét fontos szerepet kapnak a beruházás típusú beavatkozások, amelyek nagymértékben hozzájárulnak a versenyképes mezőgazdaság és élelmiszer-előállításhoz, illetve vidékfejlesztéshez.

Terület- és állatlétszám-alapú zöld támogatások

A mezőgazdasági termelést a megváltozott környezeti feltételekhez kell igazítanunk. Az Agrárminisztérium a környezet- és klímatudatos mezőgazdaság fejlesztésének folyamatában ezt úgy fordíthatja gyakorlattá, hogy kötelező és korlátozó szabályok helyett még nagyobb hangsúlyt fektet önkéntes és ösztönző jellegű programokra.

Terjed az évelő rizs Kínában és Ugandában

Pár évvel ezelőtt sikerült egy bőtermő évelő rizsfajtát létrehoznia az Illinoisi, a Yunnani és a Queenslandi Egyetem közös kutatócsoportjának. A fajta létrehozásához egy háziasított ázsiai egynyári rizst keresztezek egy Afrikából származó, ott vadon élő évelő rizzsel.

Aszálycsillapítók: a jövő agrármenedzserei

A MATE és a Debreceni Egyetem vegyes csapata, az Aszálycsillapítók nyerték az idei Agrovirtus vetélkedőt. Az ágazat tehetséggondozó programjába összesen háromszáz agrárhallgató kapcsolódott be. Az első helyezett összeállítás egymillió, a második 500 ezer, a harmadikak pedig 300 ezer forintot nyert.

Veszélyben a Nagy-korallzátony állapota

A Nagy-korallzátony veszélyeztetett világörökségi helyszínné nyilvánítását javasolja az állapotát felmérő, ENSZ által támogatott misszió. Mint a hétfőn közzétett jelentésben figyelmeztetnek: gyors és hatékony klímavédelmi intézkedések nélkül a világ legnagyobb korallzátonya veszélyben van.

Pesten nagyobb számban száradnak ki fák, mint Budán

Habár talán kevésbé feltűnő, mint a parkok megszokott zöld gyepszőnyegének sárgára égése, de az elmúlt hetekben sajnos gyakoribb lett a teljesen elszáradt, vagy a még zöld, de szárazon zörgő levelekkel vegetáló fák látványa is.