Nawozy azotowe i fosforowe
Stosowanie nawozów zawierających azot i fosfor ma kluczowe znaczenie dla utrzymania wydajność rolnictwa, w szczególności w kontekście rosnącego zapotrzebowania na żywność przez rosnącą populację na całym świecie. Nawozy azotowe są produkowane z gazowego N2, który w reakcji Habera-Boscha jest przekształcany w amoniak nawozowy. Reakcja ta jest wyjątkowo energochłonna i pochłania około 3-5% rocznej światowej produkcji gazu ziemnego. Dlatego też produkcja nawozów azotowych ma znaczący wpływ na zmiany klimatyczne. Historia fosforu jest inna, ponieważ fosforany są zazwyczaj wydobywane między innymi ze złóż w Afryce Północnej. Istnieją jednak wyraźne oznaki, że zasoby fosforanów nadających się do wydobycia kurczą się. Istnieją zatem powody do obaw o przyszłe dostawy nawozów azotowych i fosforowych.
Odpady nawozowe
Azot i fosfor pobrane przez rośliny zostaną, przynajmniej częściowo, przekazane zwierzętom roślinożernym, takim jak bydło, ale ostatecznie prawdopodobnie trafią do ścieków, a tym samym do oczyszczalni ścieków. Co zatem dzieje się z nawozami w tradycyjnej oczyszczalni ścieków? Azot jest zazwyczaj usuwany ze ścieków poprzez denitryfikację, w wyniku której azotan będący składnikiem odżywczym roślin jest przekształcany w N2 który ulatnia się do atmosfery. Fosfor jest usuwany poprzez dodanie soli, takich jak aluminium, żelazo lub wapń, które tworzą nierozpuszczalny osad z fosforanem. Podczas gdy procesy te oczyszczają wodę, azot i fosfor, kluczowe składniki odżywcze dla wzrostu roślin, są zasadniczo tracone. Jest to ekonomia liniowa: produkt został wytworzony, wykorzystany i ostatecznie zmarnowany.
Gospodarka o obiegu zamkniętym i rzęsa wodna
Czy istnieje lepszy sposób zarządzania tymi cennymi składnikami odżywczymi roślin? Czy możemy wychwycić azot i fosfor ze ścieków i zawrócić te składniki odżywcze do gospodarstwa, aby ponownie wykorzystać je jako nawozy, tj. czy możemy stworzyć bardziej zrównoważoną gospodarkę o obiegu zamkniętym? W tym miejscu pojawiają się gatunki rzęsy wodnej. Te rośliny wodne są wyjątkowo szybko rosnące i w konsekwencji zużywają dużo azotu i fosforu, które z dużą wydajnością pobierają z wody (ściekowej). Powstała biomasa rzęsy wodnej jest cenna ze względu na zawartość azotu i fosforu, a w konsekwencji ma wartość ekonomiczną, ponieważ może być stosowana jako nawóz lub pasza dla zwierząt. Jest to określane jako waloryzacja ścieków, krytyczny aspekt gospodarki o obiegu zamkniętym, w którym ścieki są traktowane jako nowe zasoby. Na przykład w projekcie IMPRESS rzęsa wodna jest wykorzystywana do wychwytywania azotu i fosforu ze ścieków z przetwórstwa rybnego, które w przeciwnym razie zostałyby zmarnowane. Rzęsa może więc pomóc nam zmniejszyć zależność od nawozów azotowych zależnych od paliw kopalnych i pomóc chronić kurczące się zasoby fosforanów, jednocześnie oczyszczając ścieki.
Referencje
Stejskal, V., Paolacci, S., Toner, D. i Jansen, M.A.K, 2022. Nowatorska koncepcja multitroficzna do hodowli ryb i rzęsy wodnej: Nota techniczna. Journal of Cleaner Production, 366, p.132881.
Walsh, É., Margassery, L.M., Rodriguez-Sanchez, A., Wall, D., Bolger, P., Jansen, M.A.K. i O'Leary, N., 2024. Integracja bioreaktorów mikrobiologicznych i uprawy Lemna minor w celu zrównoważonego oczyszczania ścieków z przetwórstwa mleczarskiego. Journal of Water Process Engineering, 67, p.106290.
Artykuł został napisany przez University College Cork.
Wszystkie zdjęcia w tym artykule pochodzą ze strony University College Cork.