Выбросы (I): Как на наших фермах производятся выбросы парниковых газов и аммиака?

Выбросы аммиака (NH3) сельскохозяйственной промышленностью в Европейском Союзе (ЕС) в 2020 году составили 3,2 млн тонн, что составляет 96,6% от общего объема выбросов аммиака, из которых, по оценкам, 67% приходится на использование навоза скота, небольшое снижение на 5% по сравнению с 2008 годом. Хотя общие выбросы парниковых газов (ПГ) в ЕС снизились на 27% в период 2008-2020 годов, выбросы, соответствующие сельскохозяйственному сектору, остались практически неизменными и составили около 465 Мт эквивалента CO2 в год, что составляет 16,9% от общего объема выбросов, причем на метан (CH4) приходится 44,5% этих выбросов. Существует острая необходимость сокращения этих выбросов для борьбы с глобальным потеплением и его последствиями.

Общий и аммиачный азот в навозной жиже относительно легко измерить, поэтому так же можно оценить объем, который необходимо внести на участок в соответствии с потребностями сельскохозяйственных культур и в соответствии с Европейской директивой по нитратам. С другой стороны, азот в виде аммиака (NH3) или закиси азота (N2O) и метана (CH4) измерить не так-то просто, они словно невидимые враги перед нашими глазами.

Это враги, потому что животные дышат этими газами и страдают, если навоз хранится в ямах под решетками; поскольку летучий азот снижает удобрение и экономическую ценность навозной жижи и поскольку выбросы CH4 снижают потенциал производства биогаза для энергетических и экономических целей; и поскольку эти газы оказывают негативное воздействие на окружающую среду, вызывая кислотные дожди в случае NH3 и оксидов азота, а также парниковый эффект, примерно в 25 раз больше, чем CO2 для CH4 и в 298 раз больше для N2O. Предотвращение выбросов NH3, N2O и CH4 должно быть включено в задачи улучшения обращения с навозом скота.

Основным источником аммиачного азота является мочевина, за которым следует анаэробное разложение белковосодержащей органики. Аммиачный азот находится в жидкой среде в ионизированной форме (NH4+) и в форме NH3. Равновесие NH4+/NH3 зависит от pH и температуры; с увеличением температуры или pH равновесие смещается вправо (как показано на рисунке), образуя больше NH3, который является летучим.

Происхождение CH4 – анаэробное разложение органических веществ. Чем больше усвояемых летучих твердых веществ (VS) содержит органическое вещество в навозной жиже, тем больше CH4 может быть произведено.

Третий выбрасываемый газ — это углекислый газ (CO2), который не считается парниковым газом, поскольку имеет биогенное происхождение. В жидкой среде этот газ находится в равновесии с бикарбонатом (CO3H-), который регулирует pH среды. Когда протоны (H+), участвующие в вышеуказанных реакциях, накапливаются, pH может упасть, но в этом случае равновесие CO2/CO3H- смещается влево и выделяется CO2, что помогает поддерживать pH около нейтрального или немного выше. Это отрицательно влияет на потребление кислоты, если вы хотите подкислить навозную жижу, чтобы избежать выбросов NH3.

Прямые выбросы N2O происходят в результате реакций окисления аммония до нитритов или нитратов или их восстановления до газообразного N2. Эти реакции могут протекать контролируемым образом в биологических системах NDN (нитрификация-денитрификация) или неконтролируемым образом на шероховатых поверхностях, подвергающихся воздействию атмосферы (лагуны, покрытые естественной коркой, отвалы отделенных твердых фракций и т. д.). Считается, что из улетучиваемого NH3 1% окисляется до N2O в атмосфере (косвенные выбросы).