N₂O – putem controla gazul cu efect de seră care produce râsul?

Oxidul de azot (N₂O), ca și dioxidul de carbon, este un gaz cu efect de seră de lungă durată care se acumulează în atmosferă. În ultimii 150 de ani, creșterea concentrațiilor atmosferice de N₂O au contribuit la epuizarea ozonului din stratosferă și la schimbări climatice, rata actuală de creștere a concentrației fiind estimată la 2% pe deceniu. Vom urmări de unde provine, ce impact are asupra noastră atât micro, cât și macro, dar și pașii care se fac deja pentru a controla concentrațiile N₂O din aer.

Joseph Priestley, pasionat de izolarea gazelor, a reușit în 1772 să descopere protoxidul de azot, observând proprietatea acestuia de a întreține arderea lumânărilor. Însă în secolul al IXX-lea cea mai bună utilizare a gazului a fost de a face oamenii să râdă. Din francezul hilarité a rezultat denumirea de gaz ilariat, care produce râsul. Astăzi îl folosim în domeniul medical sub formă de amestec 1:1 (50% – 50%) împreună cu oxigenul pentru a produce analgezie (atenție, nu anestezie așa cum ne indică multe surse obscure) atunci când se doreşte apariţia şi apoi dispariţia rapidă a efectelor, dar și când durerea tratată este de intensitate medie și de durată limitată. În ciuda capacității sale de a ne stârni râsul, concentrațiile de N₂O din aerul atmosferic ne pot stârni curiozitatea și poate nedumerirea.

De ce avem o creștere semnificativă a concentrației în atmosferă?

Două procese biochimice cheie – nitrificarea și denitrificarea – controlează producția de N₂O atât în ​​ecosistemele terestre, cât și în cele acvatice și sunt reglementate de mai mulți factori de mediu și biologici: temperatura, apele naturale și nivelurile de oxigen, aciditatea, disponibilitatea substratului (care este strâns legată de utilizarea îngrășămintelor azotate și de gunoiul de grajd pentru animale), reciclare. În următoarele decenii, se așteaptă ca emisiile de N₂O să crească în continuare ca urmare a cererii tot mai mari de alimente, furaje, fibre, energie și a proceselor industriale.

„Cea mai mare sursă de oxid de azot este agricultura, în special solul fertilizat și deșeurile animale, ceea ce face mai greu de controlat. Ne-am putea imagina limitarea dioxidului de carbon, metanului, dar oxidul de azot este este strâns legat de producția alimentelor.” a spus Ravi Ravishankara, chimist la Universitatea de Stat din Colorado, care a coordonat acțiunile Organizației Națiunilor Unite privind ozonul stratosferic în perioada 2007-2015.

Emisiile globale de N₂O au fost de 17,0 teragrame între 2007 și 2016, iar emisiile globale induse de om, care sunt dominate de adăugarea de azot în terenurile cultivate, au crescut cu 30% în ultimele patru decenii la 7,3 teragrame pe an. Această majorare fost în principal responsabilă pentru creșterea densității atmosferice. La scară globală acesta contribuie la încălzirea globală și este al treilea cel mai important gaz cu efect de seră cu un potențial de încălzire global ridicat, de 310 ori mai mare decât cel al dioxidului de carbon.

Cum ar putea expunerea la protoxidul de azot să afecteze sănătatea umană? La concentrații normale de mediu, oxidul de azot nu dăunează oamenilor. Inhalarea concentrațiilor mai mari într-un spațiu închis ar putea produce amețeli, greață și chiar inconștiență. Epuizarea stratului de ozon stratosferic (în care joacă un rol azotul) înseamnă că oamenii pot fi expuși la doze mari de lumină solară UV, care ar putea provoca din ce în ce mai multe boli ale pielii și într-un mod exponențial mai grave.

Care sunt progresele?

Totuși, există unele evoluții științifice care ar putea ajuta la reducerea emisiilor de protoxid de azot, menținând în același timp randamentele culturilor agricole ridicate, determinând nivelurile globale de producție alimentară. De exemplu, în loc să aplice îngrășăminte în mod egal pe un câmp, agricultura de precizie permite fermierilor să regleze cu precizie locația și cantitatea de îngrășământ răspândit de utilaje. Aceasta se bazează pe măsurători ale stării solului și ale plantelor și pe hărți asociate generate de software, contribuind la optimizarea randamentului și reducerea deșeurilor de îngrășăminte (poluare), dar și a costurilor.

Totodată, genetica culturilor poate fi modificată pentru a reduce necesitatea îngrășămintelor cu azot. Unele plante, cum ar fi leguminoasele (de exemplu, trifoiul sau fasolea) lucrează cu bacterii pentru a transforma N₂ (azotul) nereactiv din aer într-o formă disponibilă plantei. Oamenii de știință de la Centrul John Innes din Norwich conduc cercetări care urmăresc să transfere această capacitate în culturile de cereale.

Un nou studiu propune eliminarea N₂O din atmosferă folosind concomitent tehnologii inovatoare: descompunerea fotocatalitică a N₂O în azot și oxigen într-o centrală electrică care generează energie regenerabilă. Încă departe de dezvoltarea comercială, cercetătorii spun că această abordare este fezabilă, având în vedere modul în care aceste două tehnologii pot fi integrate pentru a reduce impactul climatic și efectele poluante ale emisiilor de N₂O. Descompunerea fotocatalitică în azot și oxigen are loc atunci când aerul care conține N₂O curge peste un catalizator (o substanță care accelerează reacțiile chimice, dar nu este consumată în reacție), folosind energia luminii solare. Printre materiale fotocatalitice pe care cercetătorii le-au testat, dioxidul de titan este unul dintre cele mai eficiente, acesta fiind activat de către lumina soarelui la temperaturi ambiantale. De asemenea, are stabilitate pe termen lung, toxicitate scăzută și este relativ ieftin.

Cu toate că cercetătorii încă au nevoie de multe alte date pentru a aplica o metodă de limitare, sau reducere a cantităților de N₂O din aer, problema concentrației crescute este conștientizată de multe instituții internaționale, dar și de multe ONG-uri ocupate cu protecția mediului. Multe minți inovatoare își concentrează atenția spre rezolvarea pe termen lung a gazelor cu efect de seră care sunt produse într-un mod exponențial de la an la an.

 

Mai multe informații: sursă 1 | sursă 2 | sursă 3 | sursă 4