Sve veće korišćenje đubriva na bazi azota ugrožava ispunjenje Pariskog sporazuma

Upotreba azotnih đubriva za proizvodnju hrane na svetskom nivou je u stalnom porastu. Prema proceni organizacije Global Carbon Project  emisije koje nastaju upotrebom đubriva mogle bi da ugroze ciljeve Pariskog sporazuma da se globalno zagrevanje zadrži ispod 2 °C u odnosu na predindustrijsko doba.

Razgradnja đubriva u zemljištu odvija se po azotnom ciklusu, koji potpomažu mikroorganizmi. Rezultat procesa je stvaranje gasova azota i azotovih oksida od kojih je jedan posebno snažan gas sa efektom staklene bašte. Njegov naziv je azot-suboksid (N₂O), a zbog svog relaksirajućeg dejstva na čoveka poznat je još i kao „gas smejavac”.

Doprinos N₂O globalnom zagrevanju je procentualno mali, međutim nije i zanemarljiv. Udeo ovog azotovog oksida u zagrevanju koje je izazvao čovek procenjen je na svega 6,5%, što je znatno manje od ugljen-dioksida i metana. Ipak, njegova uloga je značajna iz dva razloga: veoma je efikasan u zadržavanju toplote i dugo se zadržava u atmosferi.

Kada se emituje, N₂O, u proseku ostaje u atmosferi oko 120 godina, pre nego što se dekomponuje hemijskim reakcijama ili ukloni nekim od prirodnih ponora. Tokom svog stogodišnjeg boravka u atmosferi, svaki molekul ima uticaj zagrevanja atmosfere skoro 300 puta veći od uticaja ugljen-dioksida, odnosno oko 9 puta veći od metana.

Zbog velikog značaja za poljoprivredu nije uključen u Montrealski protokol koji je sačuvao ozonski omotač

Pored značaja u zagrevanju planete, N₂O je takođe odgovoran za uništavanje ozonskog omotača, što znači da ima dvojak negativni uticaj na atmosferu Zemlje. Mehanizam interakcije azotovih oksida sa ozonskim omotačem objasnio je holandski hemičar Paul Krucen koji je, zajedno sa još dvojicom kolega, za ovo otkriće dobio Nobelovu nagradu.

Kako smo spasili ozonski omotač?

Krucen je u svom radu istakao da se uloga ovog gasa ne sme zanemariti, ali uprkos apelu N₂O nije uključen u Montrealski protokol, ugovor kojim se međunarodna zajednica obavezala da će ograničiti upotrebu štetnih supstanci kako bi očuvala ozonski omotač. Uistinu, Montrealski protokol je uspešno umanjio emisije hlorofluorougljenika (CFC), što je imalo pozitivan efekat, ali je učinio da azot-suboksid danas zauzme vodeće mesto među supstancama koje oštećuju ozonski omotač.

Kamen spoticanja u ovom slučaju nije nikakava misterija, jer je povećana emisija N₂O usko vezana za globalnu proizvodnju hrane, tačnije za upotrebu i proizvodnju đubriva.

„Zelena revolucija” koja je spasla veliki broj ljudi od gladi

Globalno, skoro 40% ukupnih emisija azot-suboksida potiče od ljudskih aktivnosti. Od toga čak dve trećine dolazi od poljoprivrede, dok ostalo čine transport, industrija i druge delatnosti. Glavni uzročnik velikih poljoprivrednih emisija su azotna đubriva, koja se prskaju po prehrambenim usevima kako bi se povećali prinosi. Kada farmeri dodaju azotno đubrivo u svoje zemljište kako bi stimulisali rast biljaka, otprilike samo oko polovina biva upotrebljena za njihov razvoj. Ostatak se može isprati u podzemnim vodama ili emitovati u obliku N₂O ili drugih gasova dejstvom mikroorganizama. 

Primena đubriva u poljoprivredi se, u periodu od 1961. godine, povećala devet puta na svetskom nivou, prema izveštaju Međuvladinog panela za klimatske promene (IPCC) iz 2019.

Masovna upotreba đubriva je uvećana globalno od početka 60-tih godina u razdoblju poznatom kao Zelena revolucija, tokom kojeg se procenjuje da je inovacijama u poljoprivredi spašeno preko milijardu ljudi od gladi. Sa druge strane, u poslednje četiri decenije izmereno je da su antropogene emisije N₂O porasle su za 30%, zbog čega su stručnjaci zabrinuti da bi staro rešenje moglo da se pretvori u novi problem.

Rastuće emisije N2O ugrožavaju ciljeve Pariskog sporazuma

Prema proceni organizacije Global Carbon Project emisije azotovih oksida trenutno rastu, a ukoliko bi se rastući trend nastavio i u narednim decenijama akumulirane koncentracije N₂O bi imale još veći doprinos na zagrevanje, što bi ugrozilo planove mitigacije klimatskih promena. Naučnike zabrinjava da bi rastuća upotreba đubriva baziranog na azotovim jedinjenjima dovelo do toga da ono ima potpuno suprotan efekat na poljoprivredu u svetu, jer bi kroz klimatske promene stvaralo veću štetu nego korist. Slično kao u slučaju Montrealskog protokola, zanemareni gas smejavac bi na taj način mogao da ispliva na površinu problema.

N₂O se emituje i prilikom sagorevanja goriva, ali u kojoj meri zavisi od vrste goriva i tehnologije koja se koristi pri sagorevanju. Takođe nastaje kao nusproizvod nekih hemijskih industrija kao što su fabrike za proizvodnju azotne kiselina, koja se koristi za đubrivo, ili adipinska kiselina, koja se koristi za proizvodnju najlona i sintetike. Uz pomenute emitere i tretman otpadnih voda može u značajnoj meri da stvara azot-suboksid.

Ipak, najveće emisije dolaze iz različitih prirodniih procesa za koje su najviše odgovorni mikroorganizmi koji razlažu razna azotova jedinjenja u zemlji i okeanu. Prirodni izvori čine skoro duplo više emisija u odnosu na antropogene. Međutim, neka istraživanja pokazuju da je čovek svojim delovanjem na klimu, mehanizmom povratne sprege, uticao i da prirodne emisije postanu veće.

Efekat pozitivne sprege koji dovodi do još većih emisija azot-suboksida

Tokom jedne studije 2013. godine, tim naučnika sa Harvarda je bio iznenađen zabeleženim količinama N₂O iznad otopljenog artčkog permafrosta. Sve učestalijem otapanju permafrosta, smrznutog zemljišta, doprinose klimatske promene, a istaživači ove naučne misije su prvenstveno očekivali da će zabeležiti velike količine oslobođenog metana. Ali u analizama koje je prikupio pilot aviona za potrebe istraživanja se pored metana našao i azot-suboksid u koncentracijama otprilike 12 puta većim od ranije pretpostavljenih.

Jedan drugi tim istraživača otisnuo se na pučinu okeana kako bi bolje razumeo azotov prirodni ciklus. Njihova analiza je pokazala da zagrevanje okeana, dovodi do širenja zona vode sa smanjenom količinom kiseonika, što podstiče veću proizvodnju N₂O od strane vodenih mikroorganizama.

Oba istraživanja ukazuju da je čovek narušio prirodne cikluse azota i da efekat toga ide u prilog pojačanoj emisiji azotovih oksida.

Najveći prirodni ponori, odnosno putevi smanjenja N₂O u atmosferi, su hemijske reakcije koje se odigravaju u stratosferi i troposferi pri niskim pritiscima i velikim temperaturama, a u kojima nastaju azot (N) i kiseonik (O₂).

Šta su rešenja?

Kada se govori o rešenjima, jasno je da ona nisu jednostavna, s obzirom na to da je proizvodnja hrane jedna od najosetljivijih delatnosti, a ujedno i najodgovornija za emisije azot-suboksida. Svejedno, određeni koraci mogu doprineti umanjenju negativnog efekta bez uticaja na svetsku proizvodnju hrane.

Pažljivija upotreba đubriva i organizacija useva može u značajnoj meri umanjiti oslobađanje azotovih oksida u atmosferu. U situacijama gde se đubrivo prekomerno koristi, očito rešenje bi bilo njegova ograničena upotreba. To se uspešno može postići redovnim ispitivanjem tla i praćenjem prisutne koncentracije đubriva, odnosno uspostavljanjem novih komponenti sistema monitoringa koji su ključni za obezbeđivanje održivosti i uspešnosti sprovedenih mera za ublažavanje negativnih uticaja. Različite tehnike đubrenja, koje se fokusiraju na đubrenje u specifičnom vremenskom razdoblju, upotreba sporije razgrađujućih organiskih đubriva, optimalno navodnjavanje, i upotreba inhibitora nitrifikacije mogu povećati efikasnost iskorišćavanja dostupnog azota od strane biljke i umanjiti njegovo rasipanje.

Na poslednjoj konferenciji Ujedinjenih nacija o klimatskim promenama (COP26), vlade su prepoznale da je praksa upravljanja zemljištem i đubrivima ključ za klimatski otporne i održive sisteme proizvodnje hrane. Vlade su se složile da je potrebno nastaviti rad na na unapređenju rešenja u sektoru poljprivrede u cilju usvajanja konkretnih odluka na narednom COP27. To bi značilo značajan napredak kako u smanjenju uticaja klimatskih promena na sektor poljoprivrede tako i u smanjenju doprinosa poljoprivrede globalnom zagrevanju.