Nitrogénszennyezés: nevetőgáznak hívják, a környezet és éghajlat mégsem boldog tőle
2021.03.29.Forrás: Másfél fok; Írta: Móring Andrea – Meteorológus, levegőkémikus, a földtudományok doktora (PhD). A University of Edinburgh tudományos munkatársa.
A nitrogén élelmiszereink alapvető alkotóeleme. A ma élő összes ember fele a műtrágyázás miatti pluszban megtermelt élelmiszernek köszönheti az életét. A nitrogén jelentős feldúsulása a talajban, a vízben és a légkörben azonban komoly veszélyt jelent a környezetre, miközben a klímaváltozást is fokozza. Különösen a dinitrogén-oxid, amit nevető- vagy kéjgázként is ismerhetünk, és aminek kibocsátásai folyamatosan emelkednek. Az egyre nagyobb létszámú, és egyre több húst fogyasztó emberiség előrejelzi azt, hogy a problémát kezelnünk kell, mielőtt elszabadul. Így is ördögi körben vagyunk: miközben a nitrogénszennyezés fokozza a globális felmelegedést, könnyen lehet, hogy pont emiatt fogunk még több műtrágyát használni a jövőben. Megoldást a rendszerszintű változtatások (hatékonyabb mezőgazdasági módszerek; a szennyező nitrogén újrahasznosítása) és az egyéni szemléletváltás (étrend változtatás; élelmiszer-pazarlás minimalizálása; energiahatékonyság) hozhat.
A nitrogén életünk egyik legfontosabb építőköve. Ott van minden fehérjében, aminosavban, mi több, a DNS-ben is. Ezért elengedhetetlen, hogy gondoskodjunk a szervezetünk számára szükséges nitrogénbevitelről. Annak ellenére, hogy minden levegővételünk 78%-a nitrogéngáz, a nitrogénnek ezt a rendkívül stabil formáját a hüvelyes növényeken kívül az élővilág többsége nem képes megkötni.
Nekik, így nekünk embereknek is a nitrogén reakcióképes vegyületeit, másnéven „reaktív nitrogént” kell használnunk az életben maradáshoz. Míg a növények a talajból veszik fel a növekedésükhöz szükséges reaktív nitrogént (ammónium és nitrát formájában), mi emberek, ahogy az állatvilág többi tagja is, növényi vagy állati eredetű élelem részeként jutunk hozzá.
A talaj reaktív nitrogéntartalma azonban természetes körülmények között alacsony. Következésképpen az emberiség élelmezéséhez ezt a nitrogénmennyiséget növelni és pótolni kell. Már az első gazdálkodó őseink felismerték, hogy ha a növényi és az állati hulladékokat a talajba juttatják, növelhetik annak termőképességét.
Bár szerves trágyák és komposzt formájában ezt a trükköt a mai napig alkalmazzuk, az emberiség gyorsütemű növekedése mellett ennél többre van szükség. Erre kínált megoldást 1909-ben Fritz Haber, akinek laboratóriumi körülmények között sikerült ammóniát előállítania a levegőben található hidrogén- és nitrogéngázból. A folyamatot aztán 1912-ben Carl Bosch ipari szintre emelte. Az így kapott ammóniával elkezdődhetett a műtrágyák gyártása, mely azóta is kulcsszerepet játszik az emberiség élelmiszer-ellátásában. Ahogy arról az alábbi ábra is tanúskodik,
napjainkban a népesség közel fele a nitrogéntartalmú műtrágyáknak köszönheti létezését.
Műtrágyák használatával fenntartott globális népesség. Az ábra a (Haber-Bosch folyamatból származó) műtrágyák növénytermesztéshez való használatával (piros terület), és anélkül fenntartható népesség (szürke terület) eloszlását szemlélteti. Forrás: Our World in Data
Kétélű kard, amit rosszul használunk a mezőgazdaságban
Látszólag tehát a nitrogén hozzájárult az emberiség gyarapodáshoz és jólétéhez. Hogyan vált mégis a környezetre és az éghajlatra veszélyessé? A válasz a műtrágyák nem hatékony használatában keresendő. A növénytermesztéshez használt műtrágyák nitrogéntartalmának csak 50%-a hasznosul, míg az állattenyésztésben ugyanez mindössze 10%.
Mindez a világ élelmiszer előállításában csupán 15%-os hatékonyságot eredményez, vagyis a maradék 85%-a a felhasznált nitrogénnek elvész, és a környezet különböző szegmenseiben szennyezésként jelentkezik.
Az ENSZ becslései szerint, a világ népessége 2050-re, kb. 2,2 milliárddal növekszik, elérve a 10 milliárdot. Ez növekvő élelmiszerigényt is jelent, ami a jelen trendek szerint egyre súlyosbodó nitrogénszennyezést von maga után.
Nemcsak a népesség növekedése aggasztó a jövőre nézve, hanem a növekvő húsfogyasztás is.
Azokban az országokban, ahol nagyobb a jólét (magasabb a GDP), az emberek több húst fogyasztanak (Magyarországon kb. 80 kg-ot fejenként évente). Vagyis ahogy az országok az egyre nagyobb jólétre törekednek, várhatóan úgy növekszik majd a húsfogyasztásuk is, melyhez egyre erősödő nitrogénszennyezés társul.
Húsfogyasztás és az egy főre jutó GDP. Az ábra az átlagos egy főre jutó húsfogyasztást kg/év egységben kifejezve (függőleges tengely) és az egy főre jutó bruttó hazai terméket (GDP) 2011-es nemzetközi dollárban kifejezve (vízszintes tengely) szemlélteti. A nemzetközi dollár korrigálja az árkülönbséget az országok között. A halakat és a tenger gyümölcseit az ábrázolt adatok nem tartalmazzák. Forrás: Our World in Data
A klímaváltozást is fokozza
A műtrágyahasználat nyomán dinitrogén-oxid, vagy köznapi nevén nevetőgáz vagy kéjgáz szabadul fel, mely melegítő potenciálját tekintve 265-ször erősebb a szén-dioxidnál. Az alábbi ábrán jól látszik, hogy ha a globálisan kibocsátott üvegházgázok mennyiségét átváltjuk „szén-dioxid egyenértékbe”, akkor
a szén-dioxid és a metán után a dinitrogén-oxid a harmadik legjelentősebb emberi eredetű üvegházgáz.
Bár relatív mennyisége csekélynek tűnhet, friss kutatások kimutatták, hogy légköri mennyisége évről-évre ugrásszerűen növekedik, mely komoly aggodalomra ad okot a jövőre nézve.
Az emberiség növekvő létszáma és a vele együtt emelkedő húsfogyasztás mellett egy negatív spirálba kerülhetünk: a klímaváltozás miatt is várhatóan többet fogunk trágyázni. A jövőben várhatóan nagyobb hőstressz éri majd a terményeket, és sokkal szélsőségesebb csapadékviszonyoknak lesznek kitéve (aszályok és árvizek váltakozása). A megváltozott éghajlati körülmények miatt új élősködők vagy növényi betegségek üthetik fel a fejüket. Nagy valószínűséggel ezek mind negatív hatással lesznek a terméshozamokra, és a takarmánynövények révén az állattenyésztésre is.
A kieső terméshozamok pótlására az egyik legkézenfekvőbb válasz, hogy a gazdák egyre több műtrágyát használnak majd, amiből aztán egyre több dinitrogén-oxid jut a levegőbe – működésbe hozva a nitrogénszennyezés és éghajlatváltozás közötti öngerjesztő ördögi kört.
De a vízben és a talajban sem jó a túl sok nitrogén
A természetes vizekben az extra nitrogén tápanyagként szolgál, ezért az algák elburjánzásához vezethet (eutrofizáció). Ezek egyrészt mérgezőek lehetnek, másrészt hozzájárulhatnak a vízi élettel összeegyeztethetetlen oxigénhiányos zónák kialakulásához. A nitrogénszennyezés a levegőminőségre is kedvezőtlen hatással van. A nitrogén-oxidok elősegítik a szmog kialakulását, illetve az ammóniával olyan apró aeroszol részecskéket alkothatnak, melyeket belélegezve érelzáródást okozhatnak.
A talaj szempontjából a légkörből kiülepedő nitrogén okozhat problémát, növelve a talaj savasságát, veszélyeztetve az arra érzékeny növényzetet. Emellett a nitrogénkedvelő növények elszaporodhatnak, kiszorítva az alacsonyabb tápanyagbevitelhez alkalmazkodott növényeket, ezzel csökkentve a biológiai sokféleséget. A nitrogénszennyezés az ózonrétegnek sem kegyelmez: az UV sugárzás elleni védőpajzs vékonyodásáért napjainkban a dinitrogén-oxid az első számú felelős.
A szennyezés forrásai: szinte az összes iparág érintett
A műtrágyák esetén a szennyezés több formájával is számolnunk kell. Az egyik a talajba jutó nitrogénből származik, melyet a növények nem hasznosítanak. Ennek a nitrogénnek egy része még a talajban mikrobiológiai folyamatokon megy keresztül, egy másik része pedig a talajból kimosódva, a természetes vizekben megy át hasonló átalakulásokon. Mindkét esetben dinitrogén-oxid (N2O), kerül a légkörbe.
Az a nitrogén pedig, amelyet sem a növények, sem a mikróbák nem hasznosítanak, nitrát (NO3-) (és kisebb mértékben ammónium – NH4+) formájában okoz problémát mind a talajban, mind a vizekben. A műtrágyákból emellett közvetlenül az alkalmazás helyén, a bomlási folyamatok során, ammónia (NH3) is felszabadul. A műtrágyahasználaton kívül a mezőgazdaság további ágazatai is hozzájárulnak a nitrogénszennyezéshez: az állattartásból származó szerves trágya hasonlóképpen viselkedik a műtrágyákhoz.
A mezőgazdaság mellett fontos nitrogénkibocsátási szektorok a közlekedés és az energiaipar. Mind a járművek belsőégésű motorjában, mind az erőművekben ugyanaz a folyamat zajlik le. A magas hőmérsékleten egyesül a levegő oxigénje és nitrogénje, nitrogén-monoxidot (NO) alkotva, mely gyorsan nitrogén-dioxiddá (NO2) alakul. Emiatt a gyors átalakulás miatt egységesen nitrogén-oxidokként hivatkoznak rájuk (NOx). Végezetül a nitrogénszennyezés egy másik, nem mezőgazdasági eredetű forrása a szennyvíz kezelés. Itt, a szerves és műtrágyákhoz hasonlóan, szintén a nitrátszennyezés és dinitrogén-oxid kibocsátás jelentkezik problémaként.
Az emberi eredetű források mellett természetes nitrogén-oxidok is előfordulnak a légkörben. Ahogy a belsőégésű motorokban és az erőművekben, a nitrogén-oxidok keletkezése itt is a magas hőmérséklethez kapcsolódik: egy részük erdő- és bozóttüzek során keletkezik, egy másik, kisebb részük pedig villámlás során.
Természetes körülmények között a nitrogénvegyületek egyensúlyt tartva áramolnak a különböző környezeti szférák, a talaj, a víz, a levegő és a bioszféra között, míg fizikai és kémiai átalakulásokon mennek keresztül. Ám az ember beavatkozásával ez az egyensúly felborul, és a különböző nitrogénvegyületek az adott környezeti szférában feldúsulhatnak ezzel nitrogénszennyezést okozva.
A földektől a konyhaasztalig mindenhol változtatnunk kell
A nitrogénprobléma (“nitrogen challenge”), a 21. század egyik legnagyobb környezeti kihívása. Jó hír, hogy számos lehetőségünk van a probléma mérséklésére. A Nitrogén Manifesztum ezekről összefogó áttekintést ad. Rendszerszintű változtatásokra van szükség a mezőgazdaságban és az iparban:
- Technológiai fejlesztéssel és a gazdálkodási módszerek korszerűsítésével hatékonyabbá kell tennünk a mezőgazdasági nitrogénhasználatot.
- A nitrogénszennyezés minden lehetséges formáját vissza kell forgatni a mezőgazdaságba. Komposztként újra kell hasznosítani a szerves hulladékokat, a kibocsátott nitrogén-oxidokat meg kell kötni, és műtrágya formájában hasznosítani, valamint magas nitrogéntartalma miatt a szennyvizet is fel kell használnunk a mezőgazdaságban.
Természetesen a mindennapokban hozott egyéni döntéseinken is sok múlhat. Az alábbi ajánlások egytől-egyig ismerősek lehetnek azoknak, akik már eleve fenntartható és éghajlattudatos életmódot folytatnak:
- Étrendünkben csökkentsük a hús- és tejtermékek arányát.
- Törekedjünk az élelmiszerhulladék csökkentésére! Vásároljunk annyi élelmiszert, amennyit el is fogyasztunk, és ha lehetőségünk van rá, a keletkező élelmiszerhulladékot komposztáljuk.
- Ügyeljünk az energiahatékonyságra.
- A közlekedésben részesítsük előnyben a zéróemissziós közlekedési eszközöket.
Aki további információkat szeretne a nitrogénnel kapcsolatban, annak jó kiindulás lehet a magyar nyelvű, bevezető szintű, ingyenes online kurzus, a Nitrogén MOOC.
