Skiver af jord kunne drive billigere, grønnere nitrogengødning

Kvælstofbaseret gødning bidrager til de høje udbytter, der forventes fra afgrøder i den udviklede verden, men dens høje anvendelse skader også nærliggende farvande og økosystemer. Omvendt udviklingslande, der har mest brug for udbytteforbedringer, står over for flaskehalse i at få den gødning på grund af høje omkostninger og lave afgrødepriser.

Purdue University forskere, ledet af Nick Carpita, professor i Institut for Botanik og Plantepatologi, tror der er en måde at løse begge problemer. I resultater offentliggjort i tidsskriftet Biofuels, Bioprodukter og bioraffinering, forskere beskriver, hvordan landmænd kunne opdrage nok bioenergi-afgrøder til at gøre nitrogenbaseret gødning billigere og reducere denne gødnings rækkevidde til nærliggende vandveje.

"Brug af biomasse som kilde til brint og energi til ammoniakgødning er konkurrencedygtig med elektricitet som erstatning for naturgas eller andre fossile brændstoffer. Desuden er integrationen af ​​en flerårig biomasseafgrøde som grænserække til fødevareafgrøder er særligt tiltalende, fordi den tilvejebringer substraterne til gødningsproduktion og samtidig reducerer miljøpåvirkningen af ​​overskydende nitrogen, "skrev forfatterne.

Carpita, Maureen McCann, professor i Institut for Biologiske Videnskaber; Rakesh Agrawal, Purdues Winthrop E. Stone Fremstående professor i kemiteknik; Gary Burniske, administrerende direktør for Purdue Center for Global Food Security; og andre Purdue -forskere vurderer, at landmænd kunne bruge 5% eller mindre af deres marker til at dyrke nok bioenergiafgrøder, såsom sød sorghum eller et flerårigt græs som switchgrass, at skabe det brændstof, der er nødvendigt for at producere nitrogengødning som ammoniak.

Ikke alene ville brug af bioenergi være et renere miljøvalg end naturgas eller kul, men afgrøderne kunne bruges på kanterne af marker som buffere til at begrænse mængden af ​​nitrogen, der skyller fra disse marker til lokale farvande.

"Det er en lille mængde af en dyrkeres areal for at lave den energi, der er nødvendig for fuldstændigt at tilfredsstille gødningsbehovet for et helt felt. Du kan anvende 150 pounds nitrogen pr. Acre, hvilket er mere end nok, og du skal kun bruge 5% af biomassen pr. acre, "Sagde Carpita." Biomassen har en bonus. Hvor du vokser, kan det forbedre økologi. Din biomasse kan skabe jordfældning, erosionsbrydende rækker, der forbedrer det lokale vandskel. "

Biomasseafgrøderne kunne forgases direkte eller omdannes til H2Bioil til transport til forgasseren, giver en kilde til brint, der er nødvendig for ammoniak og energi til at drive produktionen. Undersøgelsen viser, at det koster omkring $ 54 for nok naturgas at skabe 150 kilo ammoniak. Tilsvarende omkostninger til elektricitet eller biomasse i udviklede lande er i øjeblikket cirka fire gange så store, hvilket betyder, at produktionsomkostningerne skulle falde, eller at naturgaspriserne stiger betydeligt for at gøre processen omkostningseffektiv.

Men det kan stadig være fordelagtigt i udviklingslande, hvor mobile forarbejdningsanlæg eller mindre kemiske anlæg kunne bringe produktionen tæt på gårde, der mangler adgang til nitrogenbaseret gødning. Disse mindre faciliteter findes endnu ikke, men Agrawal sagde, at hans team arbejder på at udvikle dem.

"Vi kemiingeniører er vant til at bygge store anlæg. Vi er nødt til ikke kun at genoverveje enhedens drift, men hvordan vi vil forenkle alt i et anlæg for at få det til at fungere i en mindre distribueret skala, "Sagde Agrawal." Det gode er, at vi er begyndt at arbejde på det. Dette kan ske inden for årtiet. "

Burniske sagde, at biomassestrategien for ammoniakproduktion sandsynligvis ville være mulig før i Afrika syd for Sahara, hvor jordbunden er lav i nitrogen, og der er lidt gødningsproduktion i regionen.

"Afrika er den mest kvælstoffattige region i verden, og hvor der findes gødning det er dyrt, af dårlig kvalitet og uden for husmandens rækkevidde, "Sagde Burniske.

Et område i Østafrika - hvor lande er mindre og kan dele et stort produktionsanlæg, og har transportinfrastrukturen til at levere-kunne bruge biomassestrategien til at skabe overkommelig kvælstofbaseret gødning.

"Reduktionen i gødningsomkostninger og den ledsagende kvalitetsforøgelse ville øge brugen af ​​småbønder og øge udbyttet i områder, hvor der er store befolkninger af fødevaresikre mennesker, "Sagde Burniske." Især gartnerafgrøder ville have fordel, fordi de er mere krævende i nitrogenindtag, og havebrugsafgrøder har et højt indhold af mikronæringsstoffer i en region, hvor mangel på mikronæringsstoffer er voldsomt. Landmænd, der producerer mere gartnereafgrøder af høj værdi, ville se et løft i indkomsten og en multiplikationseffekt, der øger den økonomiske udvikling i landdistrikterne. "

Forfatterne dedikerede deres papir til medforfatteren Wally Tyner, som var James og Lois Ackerman professor i landbrugsøkonomi på Purdue, en højtstående kollega for U.S. Association for Energy Economics og en amerikansk senator Richard Lugar "Energy Patriot." Tyner døde sidste år.