Опубликовано 3 часа назад

Сточные воды могут стать секретом экологически чистых удобрений

Улавливая азот из сточных вод, мы можем избежать энергоемкого производства аммиака.

Азотные удобрения играют важную роль в мировом растениеводстве. Примерно половина населения Земли обеспечивается продовольствием, выращенным с использованием удобрений. Хотя атмосфера планеты примерно на 78 процентов состоит из азота, он не существует в реакционноспособной форме, которую могли бы использовать растения. Лишь в 1908 году химики разработали метод преобразования атмосферного азота в синтетический азот, пригодный для использования растениями.

Этот метод, называемый процессом Хабера-Боша, позволяет извлекать азот из воздуха и вступать в реакцию с водородом для получения аммиака — эффективного удобрения , которое растения могут усваивать из почвы. Сегодня этот процесс является стандартной промышленной процедурой производства аммиака, но на него приходится около 1,4 процента мировых выбросов углекислого газа.

«Водород в аммиаке получают из ископаемого топлива, такого как природный газ, а азот — из воздуха», — говорит Саураджйоти Кар, научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории. «Использование ископаемого топлива в качестве сырья и источника энергии для процесса преобразования увеличивает энергетические и экологические издержки производства богатого азотом удобрения с использованием традиционного производственного процесса».

По прогнозам, к 2026 году объем мирового рынка аммиака достигнет 82,40 млрд долларов. Учитывая энергоемкость процесса Хабера-Боша, производители должны внедрять более экологичные подходы для удовлетворения растущего спроса на удобрения. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science of The Total Environment , исследователи оценили процесс удаления аммиака из сточных вод и его преобразования в удобрения, что может стать более устойчивой альтернативой.

Как правило, муниципальные сточные воды содержат высокую концентрацию азота и фосфора, говорит Кар, участвовавший в исследовании. На очистных сооружениях сточные воды обрабатываются для снижения этой концентрации и предотвращения таких проблем, как эвтрофикация , которая может привести к чрезмерному разрастанию водорослей, при сбросе в поверхностные водоемы, добавляет он.

Улавливая азот из сточных вод, производители могут избежать энергоемкого производства аммиака. Кроме того, это позволяет повторно использовать азот, уже зафиксированный в атмосфере. «Один из способов улавливания азота на очистных сооружениях — это аэрация», — говорит Кар. «При определенной температуре процесса избыток аммиака из потока сточных вод переходит из жидкой фазы в газообразную, которая может далее реагировать с кислотами, образуя стабильные азотсодержащие удобрения».

Авторы провели анализ жизненного цикла и обнаружили, что удаление аммиака из сточных вод с помощью воздухоочистки для производства азотных удобрений приводит к шестикратному снижению выбросов парниковых газов по сравнению с процессом Хабера-Боша. Технология воздухоочистки производит от 0,2 до 0,5 килограмма эквивалента диоксида углерода на килограмм сульфата аммония, что значительно ниже, чем 2,5 килограмма эквивалента диоксида углерода на килограмм сульфата аммония при использовании процесса Хабера-Боша. Использование возобновляемых источников энергии для процесса воздухоочистки может еще больше снизить выбросы.

«Использование азотных удобрений, получаемых методом аэрации, может снизить выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве и способствовать достижению целей декарбонизации в этой области», — говорит Кар. В 2020 году на сельскохозяйственный сектор приходилось 11 процентов выбросов парниковых газов в стране, включая выбросы от применения удобрений.

Помимо экологических преимуществ, очистные сооружения могут иметь и экономические выгоды. По словам Кара, если будет создана инфраструктура для системы аэрации, капитальные и эксплуатационные затраты могут быть компенсированы доходом от продажи регенерированного аммиака.

В целом, исследование демонстрирует наличие более устойчивой альтернативы энергоемкому процессу производства азота. Хотя аэрация может производить удобрения в меньших масштабах, чем стандартный процесс Хабера-Боша, извлечение и повторное использование любого количества азота все же помогает минимизировать выбросы парниковых газов и предотвратить попадание загрязняющих веществ в водные источники.

Carla Delgado “Wastewater could be the secret to eco-friendly fertilizer”

Перевод статьи «Wastewater could be the secret to eco-friendly fertilizer» автора Carla Delgado, оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык