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?

10 kiváló élelmiszer a vérnyomás csökkentésére

A vérnyomás normális esetben a nap folyamán fokozatosan emelkedik és csökken, a krónikusan magas vérnyomás - más néven magas vérnyomás - növeli a szívbetegségek, a stroke és a vesebetegségek kockázatát. Annak érdekében, hogy csökkenstük ezeknek a kockázatát az alábbi élelmiszerek a segítségünkre lehetnek.

A lucerna mint fehérjeforrás

A Tedej Agrártermelő és Szolgáltató Zrt. és a Debreceni Egyetem 2018-ban kezdett közös kutatást alternatív fehérjeforrások és fehérjetakarmányok előállítására, illetve azt lehetővé tévő újgenerációs technológia kidolgozására. Az öt éves a Protemill-projekt elindításáról, a tervekről és gazdaságossági számításról annak idején lapunk is beszámolt a „Veszteségből fehérjekoncentrátum” című cikkben.

Az Alltech 2023-as Agri-Food-felmérése

Közzétette legutóbbi globális takarmánytermelési felmérésének adatait az Alltech. Az immár tizenkettedszer elkészített, 142 ország több mint 28 ezer takarmánygyárának adatai alapján készült elemzés szerint a jelentős makrogazdasági kihívások ellenére a világ takarmánytermelése 2022-ben gyakorlatilag változatlan volt, 1,266 milliárd tonna, ami alig 0,42 százalékkal marad el a 2021-estől.

A legnépszerűbb egyetemek között a MATE a keresztféléves felvételin

A keresztféléves felvételi eljárásban 251 fő nyert felvételt a Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem (MATE) képzéseire. A legnépszerűbb szak a növényorvosi mesterképzés volt, amelyen Gödöllőn, Budapesten és Keszthelyen összesen 52 fő kezdheti meg tanulmányait februártól.

Közel 110 ezer gazdálkodónak kell megújítania az egységes kérelem beadásához szükséges meghatalmazást

Minden évben az egységes kérelmek mintegy 70 százalékát, megközelítőleg 108 ezer kérelmet a Nemzeti Agrárgazdasági Kamara (NAK) falugazdászainak közreműködésével nyújtják be a gazdálkodók. Idén a jogszabályi változások és az elektronikus közigazgatási rendszer fejlesztése miatt meg kell újítani az ehhez szükséges meghatalmazásokat.

Személyre szabott, egészséges kolbászokat fejlesztenek

Egészséges, életkorspecifikus, zsírcsökkentett, rostban és fehérjében gazdag húskészítmények kidolgozásába kezd a Gulyás és Társa Kft. konzorciumi partnerségben a Debreceni Egyetemmel - jelentették be a három éves projekt nyitórendezvényén csütörtökön.

Kiemelten fontos hazánk vizes élőhelyeinek védelme

A vizes élőhelyek védelmének érdekében 1971. február 2-án Iránban írták alá a Ramsari Egyezményt, hazánk 1979-es csatlakozása óta már az ország 2,6 %-a, 29 vizes élőhely, több mint 240 ezer hektáron képezi részét - jelentette ki Balczó Bertalan, az Agrárminisztérium természetvédelemért felelős helyettes államtitkára a Vizes Élőhelyek Világnapja alkalmából, Dömsödön.

Az idei tél eddigi leghidegebb szakasza jöhet

A januárt jellemző nyugati, délnyugati áramlás az elmúlt egy hét során már északnyugatira fordult. Ennek következménye a jóval kevesebb csapadék és az átlag körüli hőmérséklet. A hétvégétől ismét átalakul a légköri áramlási rendszer hazánk fölött: tartósan északias áramlással jelentős lehűlés érkezik kemény éjszakai fagyokkal, napközben is csak fagypont közeli hőmérsékletekkel.

Korszerűsítik és újraindítják az erdélyi cukorgyártást

Újraindítják az erdélyi cukorgyártást a marosludasi cukorgyár új tulajdonosai, akik a térség termesztőitől vásárolnák fel a cukorrépát - nyilatkozták az Agrointel.ro szakportálnak.

Nőtt az orosz mezőgazdasági termelés

Oroszország mezőgazdasági termelése 2022-ben 10,2 százalékkal nőtt - derült ki az orosz szövetségi statisztikai szolgálat (Roszsztat) által szerdán közölt adatokból.