作物を肥やすためのより気候に優しい方法はありますか？ 答えは風に吹かれるかもしれない

植物は当然「太陽光発電」ですが、作物として育てることには二酸化炭素排出量が伴います。 トラクターやその他の機器に電力を供給するために使用される燃料は、そのフットプリントの一部ですが、最大のコンポーネントです 36％のオーダー 合成窒素肥料の製造に使用される天然ガスに関連しています。

世界の天然ガス市場における紛争による混乱と気候変動への緊急の対応の必要性の間で、窒素肥料の化石燃料への依存は受け入れがたいものになりつつあります。 理想的な解決策は、地域の再生可能エネルギーを使用して、二酸化炭素排出量の少ない窒素を供給する方法を見つけることです。 それは可能ですか？ この場合、答えは文字通り「風に吹かれて」かもしれません。

緑の植物は、光合成の過程を通じて太陽から成長するエネルギーを得ます。 彼らはそうします。 しかし、栄養素が必要です–それらが根を通して土壌から吸収するミネラル。 窒素、リン、カリウムは植物の最大のニーズであり、農業や園芸ではそれらは肥料として供給されます。 人類の歴史を通じて、窒素は作物生産の最も制限的な要素であり、人口が増えるにつれて、家畜糞尿や鳥グアノなどの利用可能な窒素源は必要なものすべてを供給することができなくなりました。 大気には78％の窒素ガスが含まれているため、植物に十分な窒素を確保するという課題はやや皮肉なことです。 しかし、それは非常に不活性であり、ほとんどの生物には利用できません。 100年前 肥料の状況が変わりました。 フリッツハーバーというドイツの科学者は、空気中の水素と窒素の一部を使用して、植物が利用できる形であるアンモニアに変換するための触媒と圧力システムを考案しました。 カール・ボッシュという名前の別のエンジニアがプロセスを完成させ、スケールアップして、1914年までに20トン/日の使用可能な窒素を生産することが可能になりました。

この「ハーバーボッシュ」プロセスは、天然ガス源または石炭ガス化のいずれかから年間1万トンのオーダーを生産する大規模施設で最適に実行されます。 天然ガスは2009つの炭素と3.75つの水素原子で構成されていますが、空気中の窒素と反応してアンモニア（25つのN原子とXNUMXつの水素原子）を生成するために必要なのは水素だけです。 その場合の炭素は「化石」源からのものであるため、「温室効果ガス放出」を構成します。 電気分解と呼ばれる水素を生成する別の方法があります。 必要なのは、水（XNUMXつの水素原子とXNUMXつの酸素原子）と電気だけです。 このプロセスは水素を分離し、無害な酸素を放出します。 このシナリオでは、炭素の排出はありません。 公的および民間の研究者は、アンモニアを製造するための小規模なハーバーボッシュ法を実験してきました。 焦点は、風力または太陽光で生成された電気の使用にありました。 この概念は、しばらくの間作業中です。 たとえば、XNUMX年には、ミネソタ大学のWest Central Research and Outreach CenterにあるXNUMX万ドルのパイロットプラントが、地元の風力発電施設からの電力を使用して、年間XNUMXトンの無水アンモニアを生成していました。 これは、農業業界誌Corn +SoybeanDigestに掲載されたミネソタの施設の再生可能エネルギーディレクターであるMikeReeseへのインタビューで説明されました。 記事のタイトルは適切です。 「薄い空気から肥料を作る？ ストランド風力発電を使用して再生可能なアンモニアを製造すると、Nの価格が安定し、風力発電市場が構築される可能性があります。」

では、13年後に何が起こっているのでしょうか。 他の新しい化学プロセスと同様に、最適化には時間がかかります。 現代の肥料生産に使用されているような、確立された工業規模のプロセスと競争することを困難にする規模の経済もあります。 ただし、このテクノロジのバージョンが商業的な実現可能性に近づいている可能性があります。 「技術経済分析テキサステックの研究者によって2020年に発表された」は、「すべての電気」アンモニアは、従来の商品アンモニアの約2022倍のコストで生産できると結論付けました。 それは、XNUMX年の成長期の肥料価格で見られる劇的な上昇の前でした（参照 現代の農民：「農民は肥料価格の上昇に追いつくのに苦労しています).

この記事のインタビューで、ミネソタ大学の施設のMike Reeseは、このソリューションの勢いが増していると述べています。 天然ガスのコストが上昇し、再生可能エネルギーのコストが低下し、気候変動の緩和への取り組みが最前線に来ています。 現在、この種の「グリーンアンモニア」オプションに幅広い関心が寄せられています。 リース氏によると、大規模な従来型の肥料会社のいくつかは、この方向にどのように移行するかを検討しているという。 このテクノロジーに関するリースの説明は、センターのWebサイトに掲載されています。持続可能なエネルギーと農業への燃料供給：ボトルに風を入れる。」 UMNの研究者も関連する 経済分析.

論理的なシナリオは、30〜200トン/年の範囲で中規模の植物を開発し、風力および太陽光発電の可能性が十分にある農業地域全体にそれらを配置することです。 そうすれば、肥料の輸送フットプリントは小さくなり、市場は世界的な価格変動から隔離されます。 明らかに、多額の設備投資が必要になるでしょうが、それは気候変動主導の補助金や炭素クレジットを通じて部分的に対処されるかもしれません。 この変化は、グリッド需要と一致しない可能性のあるピーク生産期間中の利用の必要性に対処するため、太陽光および風力エネルギー部門にとってもプラスになります。 後で放出するために水素を貯蔵するより安全な手段として、アンモニアには独立した関心があります。 多くの異なるアプリケーション.

この話がまだ十分に肯定的ではなかったかのように、肥料生産をさらに「脱炭素化」する方法があります。 多くの米国の農業地域に広がるバイオエタノール植物があります。 コーンスターチなどの原料から炭水化物を発酵させると、CO2を排出しますが、最近の作物の光合成に由来するという点で「カーボンニュートラル」です。 ただし、その豊富なガスの供給を捕捉し、それをアンモニアと反応させて尿素を生成することは可能です。尿素は、より簡単に保管および適用できる窒素肥料であり、UANや徐放性ペレットなどの他の一般的な配合に変換できます。 。 アンモニアとエタノールの生産の間にこのリンクを作成すると、各製品に関連する二酸化炭素排出量の削減に加えて、ビジネスとロジスティックの両方の利点があります。

結論として、農業用のアンモニア生産の電化は、「エコモダニスト」と主張する人は、テクノロジーが環境問題の解決策であることが多いと主張しています。 この場合、それはまた、世界的な不安定さから私たちの農場経済を保護する必要性と一致します。