Míg a szénszennyezés az éghajlatváltozásban játszott szerepe miatt kerül a címlapokra, a nitrogénszennyezés vitathatatlanul nagyobb kihívást jelent. Valahogy több élelmiszert kell termesztenünk a növekvő népesség táplálásához, miközben minimalizálnunk kell a nitrogénműtrágyák használatával kapcsolatos problémákat.
Csak Európában a nitrogénszennyezés környezeti és emberi egészségügyi költségeit évi 70-320 milliárd euróra becsülik.
A nitrogénkibocsátás, például az ammónia, a nitrogén-oxidok és a dinitrogén-oxidok hozzájárulnak a részecskékhez és a savas esőhöz. Ezek légzési problémákat és rákos megbetegedéseket okoznak az emberek számára, valamint károsítják az erdőket és az épületeket.
A nitrogéngázok a globális éghajlatváltozásban is fontos szerepet játszanak. A dinitrogén-oxid különösen erős üvegházhatású gáz, mivel több mint 300-szor hatékonyabban tartja meg a hőt a légkörben, mint a szén-dioxid.
A műtrágyából, az állattartásból származó szennyvízből és az emberi szennyvízből származó nitrogén fokozza az algák növekedését és vízszennyezést okoz. A Nagy-korallzátony becsült 8,2 milliárd dolláros kárszámlája emlékeztet arra, hogy a földdel kapcsolatos döntéseink nagy hatással vannak a földre, a vízre és a levegőre a folyásirányban.
A nitrogénveszteség a gazdáknak is árt, mivel csökkent potenciális termésnövekedést vagy elpazarolt műtrágyát jelent. Ez a hatás a fejlődő országok kisbirtokos gazdálkodói számára a legsúlyosabb, akik számára a nitrogénműtrágya gyakran a legnagyobb költséget jelenti a gazdálkodásban. A nitrogénveszteségből eredő termeléscsökkenés a háztartások jövedelmének akár 25%-át is kiteheti.
A nitrogénprobléma megoldására a technológiai innováció, a politika és a fogyasztói fellépés kombinációjának kell megoldást nyújtania.
A nélkülözhetetlen összetevő
A nitrogén az aminosavak, a fehérjék és a DNS alapvető építőköve. A növények növekedése függ tőle; az állatok és az emberek a növények vagy más állatok fogyasztásával jutnak hozzá.
A nitrogéngáz (N₂) a levegő 78%-át teszi ki, de a növények nem tudják felhasználni. A műtrágyákat általában ammóniából, a nitrogénnek a növények által kedvelt formájából állítják elő.
Egy évszázaddal azután, hogy a Haber-Bosch-eljárás kifejlesztésével módot kaptunk a nitrogénműtrágya előállítására, az iránta való igényünk még mindig nem csillapodott.
A nitrogénműtrágya felhasználása az 1961-es 11 millió tonnáról 2014-re 108 millió tonnára emelkedett. Ahogy a szén-dioxid szintje tovább emelkedik a légkörben, egyes növények, például a gabonafélék is valószínűleg több nitrogént fognak igényelni.
A műtrágyából származó nitrogén ma már az emberi étrendben található fehérje több mint felét teszi ki. A kijuttatott nitrogén mintegy 50%-a azonban a szántóföldekről lefolyó vízzel, állati hulladékkal és a talajban élő mikrobák anyagcseréjéből származó gázkibocsátással a környezetbe kerül.
Ezek a veszteségek az évtizedek során a nitrogénműtrágyák használatának növekedésével egyre nőttek. A reaktív nitrogén széles körű károkat okoz, és még nagyobb károkat fog okozni, ha a nitrogénveszteségeket nem szorítjuk vissza.
A növekvő népesség és a változó éghajlat miatt minden eddiginél nagyobb szükségünk van a nitrogénfelhasználás optimalizálására és a veszteségek minimalizálására.
A gazdaságtól az asztalig
A nitrogénfelhasználásunk megértésének egyik módja, ha megvizsgáljuk a nitrogénlábnyomunkat – az élelmiszerekből, a lakhatásból, a közlekedésből, valamint az árukból és szolgáltatásokból a környezetbe jutó nitrogénszennyezés mennyiségét.
A Melbourne-i Egyetem doktorjelöltje, Emma Liang kutatása szerint Ausztráliának nagy a nitrogénlábnyoma. Az évi 47 kg nitrogén fejenként, Ausztrália messze megelőzi az Egyesült Államokat, amely 28 kg nitrogénnel szerepel fejenként.
Úgy tűnik, hogy Ausztrália nagy nitrogénlábnyomát a magas állati fehérjetartalmú étrend okozza. Az ausztrál élelmiszerek nitrogénlábnyomának 82%-át az állati termékek fogyasztása teszi ki.
Az állati eredetű termékek magas nitrogénköltséggel járnak a növényi termékekhez képest. Mindkét termék ugyanolyan nitrogénköltséggel indul a növénytermesztés eredményeként, de jelentős további veszteségek keletkeznek, ahogy az állat az élelmiszert fogyasztja az életciklusa során.
A N-Footprint projekt célja, hogy segítsen az egyéneknek és intézményeknek kiszámítani a nitrogénlábnyomukat. Megmutatja, hogy mindennapi döntéseinkkel mindannyian hogyan befolyásolhatjuk a nitrogénszennyezést.
Választhatjuk, hogy a marha- és bárányhús helyett alacsonyabb nitrogénlábnyomú fehérjéket, például zöldségeket, csirkét és tenger gyümölcseit fogyasztjuk. Választhatjuk az élelmiszerpazarlás csökkentését kisebb mennyiségű (és szükség esetén gyakoribb) vásárlással és az élelmiszerhulladék komposztálásával. A jó hír az, hogy ha csökkentjük a nitrogénlábnyomunkat, akkor a szénlábnyomunkat is csökkentjük.
Vissza a farmra
Addig is folytatni kell a nitrogén hatékonyabb felhasználására irányuló erőfeszítéseket a gazdaságokban. Mikrométeres technikák segítségével egyre jobban megértjük a talajból származó nitrogénveszteséget.
Ahelyett, hogy műanyag vödörkamrákkal, üvegfiolákkal és fecskendőkkel ülnek a napon, a tudósok ma már magas tornyokat és lézereket használnak, hogy nagy területeken érzékeljék a gázkoncentráció apró változásait, és az eredményeket közvetlenül a számítógépünkre küldjék.
Már tudjuk, hogy a nitrifikáció (amikor az ammónia nitráttá alakul) jelentős mértékben hozzájárul a nitrogénveszteséghez, és ezáltal az éghajlatváltozáshoz és az ökoszisztémák károsodásához. A kutatók – és a gazdálkodók – ezt a folyamatot veszik célba a nitrogénveszteségek csökkentése érdekében.
A nitrifikációgátlókat ma már kereskedelmi forgalomban használják, hogy a nitrogént ammónium formában tartsák, amit a növények kedvelnek, és hogy megakadályozzák a nitrát felhalmozódását, ami könnyebben elvész a környezetbe.
A technológia fejlődése során kezdünk választ kapni arra a kérdésre, hogy ezek a gátlók hogyan hatnak a talajunk egészségét fenntartó és az ökoszisztémák alapját képező mikrobiális közösségekre.
Kutatásaink szerint például a 3,4-dimetil-piriazol-foszfát (ismertebb nevén DMPP) anélkül gátolja a nitrifikációt, hogy befolyásolná a talaj mikrobiális közösségének diverzitását.
Az is izgalmas megfigyelések szerint egyes trópusi fűfélék gyökérrendszere gátolja a nitrifikációt. Ez lehetőséget nyit arra, hogy genetikai megközelítésekkel lassítsuk a nitrifikáció mértékét a környezetben.
A nitrogénfelhasználás kihívásának megoldásához az elsődleges termelők számára a nitrogén hatékonyabb felhasználási módjainak kutatására lesz szükség, de kormányzati vezetésre és a fogyasztók döntéseire is szükség lesz, hogy kevesebbet pazaroljanak vagy több növényi fehérjét fogyasszanak. Ezek az eszközök egyértelműbbé teszik a változást, és zöldebbé a világ élelmezésének feladatát.
December 4-8-án vezető nemzetközi kutatók találkoznak Melbourne-ben a 7. Nemzetközi Nitrogénkezdeményezés konferencián, hogy megvitassák a nitrogénfelhasználás problémáinak legjobb új megoldásait. Ha mélyebb betekintést szeretne nyerni ezekbe a kérdésekbe, látogasson el az INI2016 weboldalára, vagy csatlakozzon számos élelmiszer- és termelési szakértőhöz a Good Food for 9 Billion című konferencián: Közösségi fórumon.