تعاون أمريكي صيني لإنتاج سماد النيتروجين بدون انبعاثات كربونية.. مصر مرشحة للاستفادة من التجربة

كيف يمكن إنتاج سماد النيتروجين على نحو أكثر استدامة، هذا ضروري ليس فقط لحماية المناخ، ولكن أيضًا لتقليل الاعتماد على الغاز الطبيعي المستورد وزيادة الأمن الغذائي.

الزراعة المكثفة ممكنة فقط إذا كانت التربة مخصبة بالنيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم.

بينما يمكن استخراج الفوسفور والبوتاسيوم كأملاح، يجب إنتاج الأسمدة النيتروجينية بشق الأنفس من النيتروجين في الهواء ومن الهيدروجين.

وإنتاج الهيدروجين كثيف للغاية للطاقة، ويتطلب حاليًا كميات كبيرة من الغاز الطبيعي أو – كما هو الحال في الصين – الفحم، إلى جانب وجود بصمة كربونية كبيرة مقابل ذلك، فإن إنتاج الأسمدة النيتروجينية معرض لصدمات الأسعار في أسواق الوقود الأحفوري.

أظهر باحثون في ETH Zurich ومعهد كارنيجي للعلوم إمكانية إنتاج الأسمدة النيتروجينية الخالية من الكربون.

وفي دراسة نُشرت في مجلة Environmental Research Letters ، خلص الباحثان باولو جابرييللي، كبير العلماء في مختبر الموثوقية وهندسة المخاطر في ETH Zurich ، مع Lorenzo Rosa ، الباحث الرئيسي في معهد كارنيجي للعلوم في ستانفورد بالولايات المتحدة ، للتحقيق في إلى أن الانتقال في إنتاج النيتروجين ممكن وأن مثل هذا التحول قد يزيد أيضًا من الأمن الغذائي، فطرق الإنتاج البديلة لها مزايا وعيوب.

قام الباحثان بفحص ثلاثة بدائل:

– إنتاج الهيدروجين الضروري باستخدام الوقود الأحفوري كما هو الحال في الأعمال المعتادة ، فقط بدلاً من انبعاث غاز الدفيئة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، يتم التقاطه في مصانع الإنتاج وتخزينه بشكل دائم تحت الأرض التقاط الكربون وتخزينه، CSS وهذا لا يتطلب فقط بنية تحتية لاحتجاز ونقل وتخزين ثاني أكسيد الكربون ولكن أيضًا في المقابل المزيد من الطاقة، فهي طريقة إنتاج فعالة نسبيًا، فإنه لا يفعل شيئًا لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.

– كهربة إنتاج الأسمدة باستخدام التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين، وهذا يتطلب في المتوسط 25 ضعفًا من الطاقة التي تتطلبها طريقة الإنتاج الحالية باستخدام الغاز الطبيعي، لذلك يتطلب الأمر كميات هائلة من الكهرباء من مصادر خالية من الكربون، بالنسبة للبلدان التي لديها وفرة من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح، قد يكون هذا نهجًا جذابًا، نظرًا لخطط كهربة قطاعات أخرى من الاقتصاد باسم العمل المناخي، فقد يؤدي ذلك إلى المنافسة على الكهرباء المستدامة.

– توليف الهيدروجين لإنتاج الأسمدة من الكتلة الحيوية، نظرًا لأنه يتطلب الكثير من الأراضي الصالحة للزراعة والمياه ، فمن المفارقات أن طريقة الإنتاج هذه تتنافس مع إنتاج الغذاء، لكن مؤلفي الدراسة يشيرون إلى أنه من المنطقي أن تكون المادة الأولية عبارة عن نفايات الكتلة الحيوية – على سبيل المثال، مخلفات المحاصيل.

يذكر العلماء أن مفتاح النجاح من المرجح أن يكون مزيجًا من كل هذه الأساليب اعتمادًا على البلد والظروف المحلية المحددة والموارد المتاحة.

على أي حال ، من الضروري أن تستخدم الزراعة الأسمدة النيتروجينية بكفاءة أكبر، كما تؤكد روزا ، “معالجة مشاكل مثل الإفراط في التسميد ونفايات الطعام هي أيضًا وسيلة لتقليل الحاجة إلى الأسمدة”.

الهند والصين في خطر

في الدراسة، سعى العلماء أيضًا إلى تحديد دول العالم التي يتعرض فيها الأمن الغذائي حاليًا للخطر بسبب اعتمادها على واردات النيتروجين أو الغاز الطبيعي، البلدان التالية معرضة بشكل خاص لصدمات الأسعار في أسواق الغاز الطبيعي والنيتروجين: الهند والبرازيل والصين وفرنسا وتركيا وألمانيا.

فإنتاج الأسمدة لإزالة الكربون من شأنه في كثير من الحالات أن يقلل من هذا الضعف ويزيد من الأمن الغذائي، على أقل تقدير، ستقلل الكهرباء عبر مصادر الطاقة المتجددة أو استخدام الكتلة الحيوية من الاعتماد على واردات الغاز الطبيعي، وضع الباحثون هذه النقطة في منظورها الصحيح: جميع الطرق المحايدة للكربون لإنتاج الأسمدة النيتروجينية تستهلك طاقة أكثر من الطريقة الحالية لاستخدام الوقود الأحفوري، بعبارة أخرى، لا يزالون عرضة لصدمات أسعار معينة- ليس في أسواق الغاز الطبيعي بشكل مباشر، ولكن ربما في أسواق الكهرباء.

منتجو النيتروجين يواجهون التغيير

يشير العلماء في دراستهم إلى أن إزالة الكربون من المرجح أن يغير تشكيلة البلدان التي تنتج الأسمدة النيتروجينية، كما هو الحال ، فإن أكبر الدول المصدرة للنيتروجين هي روسيا والصين ومصر وقطر والمملكة العربية السعودية، باستثناء الصين، التي يتعين عليها استيراد الغاز الطبيعي، يمكن لجميع هذه البلدان الاعتماد على احتياطياتها من الغاز الطبيعي.

في المستقبل، البلدان التي من المحتمل أن تستفيد من إزالة الكربون هي تلك التي تولد الكثير من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ولديها أيضًا احتياطيات كافية من الأراضي والمياه.

يقول جابرييلي: “لا يمكن الالتفاف حول حقيقة أننا بحاجة إلى جعل الطلب الزراعي على النيتروجين أكثر استدامة في المستقبل، سواء من أجل تلبية الأهداف المناخية أو لأسباب تتعلق بالأمن الغذائي”، تؤثر الحرب في أوكرانيا على سوق الغذاء العالمي ليس فقط لأن البلاد عادة ما تصدر الكثير من الحبوب، ولكن أيضًا لأن الصراع أدى إلى ارتفاع أسعار الغاز الطبيعي .

وقد أدى هذا بدوره إلى ارتفاع أسعار الأسمدة النيتروجينية، من المعروف أن بعض منتجي الأسمدة قد توقفوا عن الإنتاج، مؤقتًا على الأقل، لأن التكلفة الباهظة للغاز تجعل الإنتاج غير اقتصادي بالنسبة لهم.