Минеральные азотные удобрения: производство, региональное потребление и экологические последствия с оценкой жизненного цикла и рекомендациями по управлению

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 12 страниц
В избранное:

Казахский агротехнический университет им. С. Сейфулина

Тема: Минеральные азотные удобрения.

Әлмұхамед Әди Қанатұлы

Группа: 01-077-21-03

Кудайбергенова Саягуль Женисовна

ПЛАН

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Распространение и использование
Производственные процессы
Потребление различных азотных удобрений по регионам
Влияние азотных удобрений на органические вещество почвы оборот и результирующий выброс CO2 в почву

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использованные ресурсы

ВВЕДЕНИЕ

Эффективное управление в настоящее время требует широкого использования ископаемых видов топлива, которые часто серьезно влияют на экологическую подсистему. Таким образом, агроэкосистема оказывает большое воздействие на окружающую среду как в местном, так и в глобальном масштабе. Внесение минеральных азотных удобрений представляет собой один из основных методов ведения сельского хозяйства с высоким уровнем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, почву и воду. Эта практика необходима для обеспечения высоких урожаев сельскохозяйственных культур, несмотря на истощение азота почвы, которое связано с прогрессирующей деградацией органического вещества почвы. Экологическая нагрузка азотных минеральных удобрений обусловлена деятельностью технологической подсистемы (производство, транспортировка, применение), изменением некоторых микробиологических процессов в почве и избыточным поступлением, не поглощаемым выращиваемыми культурами. В настоящей главе будет рассмотрено воздействие азотных удобрений на окружающую среду путем анализа эффектов, вызванных взаимодействием технологической и экологической подсистем. Нагрузки на окружающую среду, связанные с технологической подсистемой, будут описаны с помощью подхода оценки жизненного цикла (LCA) .

Таким образом, агроэкосистема играет ключевую роль в обеспечении устойчивости мировой жизни, рост населения планеты приведет к увеличению спроса на продовольствие. Недавнимподходом к снижению зависимости от ископаемого топлива стала перспектива энергии из растительной биомассы. В настоящее время более 1, 5 миллиарда гектаров, что составляет около 12% мировой площади суши, используется для растениеводство. Мировое сельскохозяйственное производство выросло в среднем на 2 и4% в год за последние 50 лет, в то время как посевные площади (постоянные пахотные земли и пахотныеземли) увеличивались всего на 1% в год. Более 40% прироста производства продовольствия пришлосьна орошаемые площади, которые удвоились в размерах. Азот, удаляемый при уборке урожая, следовательно, уменьшает количество азота, доступного в почве для следующего цикла посева. Потеря азотного плодородия почвы восстанавливается с помощью минеральных удобрений, для производства которых требуется большое количество ископаемого топлива (процесс Хабера-Боша) . Крометого, деятельность человека увеличивает поступление активного азота (Nr; определяется как все азотистыесоединения, отличные от N2) в биосферу, которые в настоящее время превышают скорость биологическойфиксации N2 в местных наземных экосистемах. Увеличение количества активногоазота обусловлено не только производством удобрений, но и сжиганием ископаемого топлива, используемого для удовлетворения потребностей в продовольствии и энергии. Внесение удобрений с высоким содержанием минерального азота представляет собой один изосновные методы ведения сельского хозяйства человеком с высокими экологическими выбросами загрязняющих веществ ватмосферу, почву и воду.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Распространение и использование.

Азот является основным макроэлементом, влияющим на рост растений и урожайность сельскохозяйственных культур, поскольку азот является важным компонентом в клетках растений нескольких структурных, генетических и , таких как белки и нуклеиновые кислоты. Он также является компонентомсоединений, передающих энергию, таких как АТФ. Азот может поглощаться корнями растений в неорганическихформы (также называемые минеральным азотом), такие как ион аммония (NH4+) и нитрат-ион (NO3 -) . Потребность в более эффективном и производительном сельском хозяйстве в сочетании с другими обстоятельствами возникла в северо-западной части Европы во второй половине 18-го и первой половине 19-го веков с открытием биологической роли химических элементов в питании растений и промышленной революции, которая стимулировала технологические инновации и рост химической, горнодобывающей и транспортной промышленности. Эти факторы послужили толчком к развитию индустрии удобрений. Сегодня в мире производится более 110 миллионов тонн азотных удобрений в год, две трети из которых приходится на развивающиеся страны, которые также являются крупнейшими потребителями. На самом деле, хотя в развитых странах наблюдается негативная тенденция к потреблению азота из-за законодательных ограничений и растущего успеха органического земледелия, в то время как спрос на азотные удобрения в развивающихся странах за последние тридцать лет увеличился более чем в три раза.

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

На производство удобрений в настоящее время приходится около 2-3% от общего мирового потребления энергии. Большая часть этого потребления приходится на азотные удобрения (Европейская комиссия, 2006) . Большая часть энергии требуется для фиксации атмосферного азота для производства аммиака. Значительная энергия также требуется для превращения аммиака в мочевину. Энергия, необходимая для производства азота, довольно равномерно распределена по планете и в каждом регионе есть производство. Однако наблюдается тенденция к увеличению производства в местах, где имеется дешевый природный газ, в таких регионах, как Ближний Восток и Карибский бассейн, а также в основных регионах потребления, таких как Южная Азия и Китай. .

•Производственные процессы Аммиак (NH3) является основным сырьем для большей части мирового производства азотных удобрений (97% N-удобрений получают из аммиака) . Производство аммиака в значительной степени основано на модификациях процесса, разработанного двумя немецкими учеными Хабером и Бошем в первые годы 20 века. NH3 синтезируют из объемной смеси водорода и азота 3:1 при повышенных температурах и давлении в присутствии железного катализатора. Этот процесс произвел революцию в индустрии азотных удобрений, преодолев прежнюю зависимость от относительно редких минеральных источников азота и позволив разработать продукты с более высоким содержанием азота. Первый завод Haber Bosch был открыт в 1913 году, и с тех пор производство азота в значительной степени зависит от синтеза аммиака. Весь используемый азот получают из воздуха, а водород можно получить любым из следующих способов:

а) паровой риформинг природного газа или других легких углеводородов (Жидкий природный газ, сжиженный нефтяной газ или нафта) ;

б) частичное окисление тяжелого мазута или угля;

в) газификация угля.

Около 77% мирового производства аммиака основано на паровом риформинге природного газа, 14% - на газификации угля, в основном в Китае, и 9% - на частичном окислении нефтепродуктов и тяжелых углеводородных фракций, в основном в Индии и в меньшей степени в Китае.

Синтез аммиака является очень энергозатратным процессом, основанным на отраслевом сравнительном исследовании, проведенном IFA. Средняя потребность в энергии для производства аммиака составляет 36, 9 ГДж/т и колеблется от 28 до 53 ГДж / т аммиака (китайские заводы не рассматривались) . Типичный процесс на основе тяжелой нефти потребляет в 1, 3 раза больше энергии, чем процесс на основе газа.

Процесс на основе угля потребляет в 1, 7 раза больше энергии, чем процесс на основе газа. В Китае и Индии потребность в энергии на тонну произведенного аммиака очень высока: 48, 8ГДЖ/тонна NH3 для Китая и 43, 3 ГДж/т NH3. Китай является крупнейшим производителем аммиака с 30%мирового производства, а Индия производит еще 8% мирового производства.

•Потребление различных азотных удобрений по регионам

Согласно оценкам IFA, азот, применяемый к зерновым культурам, составляет до 57, 5 млн. тонн, что составляет 55, 2% мирового потребления азотных удобрений в 2010-11 годах (18, 1% пшеницы, 16, 8% кукурузы, 15, 4% риса, 4, 8% других зерновых культур) . Доля масличных культур составила 7, 3%, хлопка - 4, 3%, сахарных культур - 3, 5%, корнеплодов и клубней - 2, 8%. Фрукты и овощи составили 14, 9% от общего объема, а другие культуры - 12, 0%.

Влияние азотных удобрений на органические вещество почвы оборот и результирующий выброс CO2 в почву

Снижение содержания углерода в почве, зафиксированное за последние 100 лет, произошло главным образом из-за традиционных методов обработки почвы, которые увеличивают уровень минерализации органического вещества почвы (СОМ) . Сельскохозяйственные почвы утратили, по сравнению с родной почвой, свою естественную способность накапливать углерод (C), тем самым выделяя CO2 в атмосферу. Снижение содержания углерода в почве, зафиксированное во всем мире за последние 100 лет, произошло главным образом из-за традиционных методов обработки почвы, которые повышают уровень минерализации органического вещества почвы (СОМ) . Мэтсон и др. (1997) сообщили о снижении СОМ, часто на 50% и более. Методы улучшения хранения C в системах выращивания сельскохозяйственных культур заключаются в следующем: (1) улучшение улавливания C и (2) уменьшение дыхания SOM. Когда агрономические методы увеличивают SOM, CO2 удаляется из атмосферы в долгосрочной перспективе (Lal et al., 1998 и 2003) . В последние несколько десятилетий в научном сообществе сложилось убеждение, что сельскохозяйственные почвы обладают потенциалом для увеличения поглотителей углерода и сокращения выбросов CO2, если будут приняты более эффективные методы управления (BMP) . Коул и др. подсчитано, что можно было бы увеличить количество C, хранящегося в сельскохозяйственных почвах планеты на 0, 44-0, 88 миллиарда тонн ежегодно в течение 50-летнего периода.

Деградация СОМ является основным источником выбросов CO2 в почве, даже если растительность вносит свой вклад в общий выброс CO2 с помощью корневого и ризомикробного дыхания. По этой причине общий выброс CO2 в почву нельзя считать прямым показателем окисления SOM, несмотря на то, что некоторые исследования продолжают интерпретировать его таким образом. Следовательно, так называемое “базальное дыхание” относится к CO2, выделяющемуся в результате разложения SOM в почве без корней. Три различных пула C в качестве источников CO2 из почвы были идентифицировано: (1) СОМ; (2) наземные и подземные мертвые растительные остатки; (3) органические вещества, выделяемые живыми корнями, такие как экссудаты, выделения и отслоившиеся корневые клетки. Последнюю