Nitrous oksida, yang diemisikan dalam jumlah yang signifikan oleh sektor pertanian, juga merusak lapisan ozon

Gambar oleh Foto-Rabe dari Pixabay

Nitrous oxide adalah gas yang tidak berwarna dan tidak mudah terbakar pada suhu kamar, dan secara luas dikenal sebagai gas lucu atau nitro (NOS). Nitrous oksida adalah gas yang diproduksi secara alami di lingkungan dan penting untuk keseimbangan iklim, namun juga dapat diproduksi secara industri untuk beberapa aplikasi. Nitrogen adalah salah satu atom terpenting untuk kehidupan di bumi dan terdapat dalam beberapa struktur molekul. Unsur nitrogen (N) juga merupakan bagian yang sangat penting dari atmosfer dan siklus alam, seperti siklus nitrogen.

Nitrous oksida (N2O)

Dibentuk oleh dua atom nitrogen dan satu oksigen, dinitrogen oksida, digunakan oleh industri sebagai:

Agen pengoksidasi dalam mesin roket;
Pengoptimal dalam pembakaran bahan bakar di mesin (nitro);
Propelan aerosol;
Anestesi (terutama di bidang gigi, dikenal sebagai gas kocak).

Di alam, nitrogen yang ada di atmosfer ditangkap oleh tanaman dan diubah menjadi amonia, yang akan disimpan di tanah dan kemudian digunakan oleh tanaman. Proses ini disebut fiksasi nitrogen. Amonia yang mengendap di tanah dapat mengalami proses nitrifikasi, menghasilkan nitrat. Mikroorganisme yang ada di dalam tanah dapat mengubah nitrat yang disimpan ini menjadi gas nitrogen (N2) dan nitrous oxide (N2O), melalui proses denitrifikasi, sehingga memancarkannya ke atmosfer.

Gas-gas rumah kaca

Berikut ini adalah gas-gas dengan kontribusi terbesar terhadap peningkatan efek rumah kaca:

Karbon dioksida (CO2);
Uap air (H2Ov);
Metana (CH4);
Nitrous oksida (N2O);
CFC (CFxCly).

Banyak yang dikatakan tentang CO2 karena konsentrasinya yang tinggi di atmosfer dan dampaknya yang lebih besar terhadap pemanasan global, namun emisi gas-gas lain yang terdaftar juga sangat mengkhawatirkan. Konsentrasi nitrous oksida di atmosfer menjadi semakin mengkhawatirkan, sehingga diperlukan tindakan untuk mengurangi emisinya.

Dampak kelebihan nitrous oxide di atmosfer

Seperti segala sesuatu di alam, kelebihan sesuatu dapat mengubah keseimbangan dan stabilitas suatu sistem, dan bahkan planet secara keseluruhan. Kelebihan gas, seperti yang dianggap berpotensi menyebabkan efek rumah kaca, merupakan contoh dampak dalam proporsi global.

Industrialisasi dan pengelompokan peradaban di kota-kota yang dihasilkan perlu dipenuhi dalam skala besar, seperti produksi pangan, mendorong pertumbuhan besar di bidang pertanian, terutama dalam produksi biji-bijian untuk pembuatan pakan ternak (pelajari lebih lanjut tentang topik ini di Hal: Pemuliaan hewan yang intensif untuk konsumsi daging berdampak pada lingkungan dan kesehatan konsumen "). Dengan terpenuhinya kebutuhan tersebut, banyak gas mulai diproduksi dan diemisikan ke atmosfir dalam jumlah yang sangat besar, sehingga menyebabkan penumpukannya di atmosfer dan mengubah beberapa siklus terestrial, juga mempengaruhi suhu rata-rata planet. Salah satu gas ini adalah nitrous oxide.

Nitrous oksida (N2O) hadir dalam proporsi yang jauh lebih kecil daripada karbon dioksida (CO2), tetapi efeknya jauh lebih besar. Kehadirannya di troposfer tidak aktif, hanya berkontribusi pada penyerapan energi panas, namun, saat berada di stratosfer, ia merusak lapisan ozon. Nitrous oksida memiliki sifat menahan panas di atmosfer sekitar 300 kali lebih besar daripada CO2, yaitu satu molekul nitrous oxide setara dengan 300 molekul CO2 di atmosfer. Nitrous oksida juga berdampak pada lapisan ozon, berkontribusi terhadap degradasinya, dan tetap berada di atmosfer selama lebih dari 100 tahun sampai terdegradasi secara alami. Diperkirakan 5,3 teragram (Tg) dinitrogen oksida dilepaskan oleh manusia dalam satu tahun (1 Tg setara dengan 1 miliar kg).

Sumber emisi

Pada November 2013, Program Lingkungan Perserikatan Bangsa-Bangsa (UNEP) menerbitkan laporan tentang nitro oksida dan dampaknya terhadap iklim planet dan lapisan ozon. Menurut laporan tersebut, dinitrogen oksida adalah gas ketiga yang diemisikan oleh aktivitas manusia, yang memberikan kontribusi terbesar terhadap pemanasan global, dan gas dengan efek paling besar terhadap degradasi lapisan ozon. Berdasarkan penelitian yang dilakukan, menganalisis konsentrasi gas yang ada dalam gelembung udara yang terperangkap dalam kolom es di kutub, perbandingan dibuat dengan konsentrasi CO2 saat ini (bagian per juta - ppm) dan N2O (bagian per miliar - ppb) dan sebuah grafik digambar yang menunjukkan peningkatan gas-gas ini dari waktu ke waktu.

Sumber: Drawing Down N2O / unep.org

Terjadi peningkatan besar dalam konsentrasi CO2 dan N2O setelah periode revolusi industri, dari abad ke-18 dan seterusnya. Laporan tersebut menunjukkan sumber utama manusia dari emisi oksida nitrat sebagai pertanian, industri dan bahan bakar fosil, pembakaran biomassa, limbah dan akuakultur, dan jumlah dari tiga sumber terakhir tidak mencapai seberapa banyak pertanian mengeluarkan nitrous oksida.

Sumber: Drawing Down N2O / unep.org

Masalah emisi N2O di setiap sektor

Pertanian

Nitrogen, penting untuk produksi makanan, merupakan elemen penting untuk struktur molekul seperti enzim, vitamin, asam amino, dan bahkan untuk DNA. Penambahan nitrogen pada pertanian melalui pemupukan mempercepat dan meningkatkan hasil tanaman, namun hal ini juga menyebabkan emisi N2O. Diperkirakan sekitar 1% nitrogen yang diaplikasikan ke tanah akan langsung mengeluarkan N2O. 1% tampaknya kecil, tetapi jika Anda berpikir tentang total area yang ditempati pertanian di dunia dan jumlah pupuk yang digunakan setiap tahun, mungkin tidak terlalu sedikit.

Di antara sektor-sektor yang mengeluarkan paling banyak dinitrogen oksida, pertanian merupakan penyumbang utama emisi tahunan: sekitar 66% dari total emisi. Untuk sektor ini, tidak hanya emisi langsung N2O dari aplikasi pupuk yang dihitung, tetapi juga emisi langsung dan tidak langsung dari proses produksi pupuk sintetis, kotoran hewan, hewan yang dipelihara di penggembalaan, pencucian dan pengelolaan kotoran.

Beberapa tindakan dalam aplikasi dan penanganan pupuk dan pupuk kandang dapat membantu mengurangi dampak ini:

Uji mekanisme distribusi pupuk / pupuk kandang secara teratur untuk memastikan bahwa penerapannya akurat;
Pastikan bahwa orang yang menerapkan pupuk / pupuk kandang terlatih dengan baik untuk menerapkan seminimal mungkin;
Lakukan analisis tanah untuk menentukan jumlah pupuk yang diperlukan;
Cobalah untuk menggunakan lebih banyak pupuk kandang daripada pupuk anorganik;
Perbaikan teknik penanganan kotoran.

Penelitian untuk mengurangi emisi N2O dengan pupuk dan cara alternatif yang efisien harus terus dilakukan.

Bahan bakar fosil dan industri

Emisi dinitrogen oksida oleh industri dan kendaraan terjadi melalui dua cara utama. Reaksi pertama disebut reaksi homogen, yaitu bila reagen dengan keadaan fisik yang sama bereaksi, contohnya adalah pembakaran bahan bakar gas (gas dengan gas). Dalam bahan bakar gas mungkin terdapat senyawa nitrogen, yang dapat dihasilkan selama pemanasan dalam proses pembakaran. Media kedua terjadi dalam reaksi heterogen, di mana yang satu dapat berupa gas dan yang lainnya berupa padatan, contohnya adalah pembakaran batu bara atau pembentukan N2O dalam katalis mobil.

Pesawat terbang, kendaraan ringan dan berat adalah sumber utama emisi oksida nitrat, meskipun tidak terlalu relevan dibandingkan dengan emisi CO2 yang mereka berikan - ini bukan alasan untuk tidak menjadi fakta yang mengkhawatirkan.

Dalam industri, dua sumber utama emisi oksida nitrat adalah produksi asam nitrat (HNO3) dan asam adipat. Asam nitrat adalah bahan utama untuk produksi pupuk, untuk produksi asam adipat, bahan peledak, dan juga untuk pemrosesan logam besi. Lebih dari 80% dari semua asam nitrat yang diproduksi di dunia ditujukan untuk produksi amonium nitrat dan garam ganda dari kalsium dan amonium nitrat - 3/4 dari amonium nitrat kembali ke produksi pupuk. Selama sintesis HNO3, N2O dapat dibentuk sebagai produk reaksi minor (sekitar 5 g N2O untuk setiap 1 kg HNO3 yang dihasilkan).

Produksi asam adipat (C6H10O4) merupakan sumber emisi nitrous oksida terbesar kedua di sektor industri. Sebagian besar asam adipat yang diproduksi ditujukan untuk produksi nilon, dan juga digunakan dalam pembuatan karpet, pakaian, ban, pewarna, dan insektisida.

Teknologi untuk mengurangi emisi N2O dalam produksi asam adipat sudah tersedia, menurunkan sekitar 90% emisi, dan sekitar 70% industri produksi asam adipat menerapkan teknologi ini.

Pembakaran biomassa

Pembakaran biomassa berarti membakar bahan apapun yang berasal dari tumbuhan atau hewan untuk produksi energi. Singkatnya, pembakaran biomassa mengacu pada pembakaran alami, atau untuk penyebab manusia, terutama hutan / kayu dan bahkan arang.

Jumlah rata-rata N2O yang diemisikan oleh pembakaran biomassa sulit untuk diukur, karena sangat bergantung pada komposisi bahan yang dibakar, tetapi diperkirakan merupakan sumber emisi nitrous oksida terbesar ketiga. Kebakaran hutan sebagian besar disebabkan oleh faktor alam, seperti petir, namun tindakan manusia juga cukup mengkhawatirkan. Membakar hutan untuk memajukan pertanian dan peternakan adalah salah satu kekhawatiran terbesar tentang pembakaran hutan, vegetasi alami atau bahkan sisa-sisa tanaman, karena api adalah cara yang murah dan mudah untuk membersihkan daerah.

Fakta mengkhawatirkan lainnya adalah penggunaan kayu dan batu bara untuk menghasilkan energi dan bahkan kompor. Di banyak wilayah di dunia, pembangkitan energi nabati dan penggunaan untuk beberapa tugas, seperti memasak, sangat umum terjadi, dan juga dapat menjadi sumber yang berdampak pada emisi N2O.

Hukum dan tindakan untuk mengurangi dan mencegah pembakaran harus diambil untuk mengurangi emisi N2O dari pembakaran untuk "pembersihan" area, untuk pertanian atau jenis tujuan lainnya, serta pengendalian dan pemadaman kebakaran. untuk penyebab alami. Selain menimbulkan risiko kebakaran yang tidak terkendali, yang dapat merusak wilayah yang sangat luas, seperti yang terjadi pada November 2015 di Chapada Diamantina, emisi gas-gas pencemar dan beracun dapat sangat mempengaruhi wilayah tersebut.

Berkenaan dengan emisi dari penggunaan biomassa untuk produksi energi dan dalam tungku, perbaikan teknik sehingga lebih sedikit bahan bakar yang digunakan, dengan efisiensi yang lebih besar dan substitusi oleh bahan bakar yang tidak melepaskan N2O, seperti gas minyak bumi, merupakan alternatif yang layak. untuk pengurangan emisi N2O oleh sumber-sumber ini. Dalam kasus penggantian dengan gas minyak bumi, kita akan mengalami masalah emisi CO2 - ini mungkin tampak gila, tetapi lebih baik melepaskan CO2 daripada N2O, karena N2O, selain berkontribusi pada kerusakan lapisan ozon, memiliki a daya menahan panas 300 kali lebih besar dari CO2.

Limbah dan akuakultur

Bersama-sama, limbah dan budidaya perairan menyumbang 4% dari total emisi nitrous oxide yang disebabkan oleh manusia. Ini mungkin tampak sedikit dibandingkan dengan sumber lain, tetapi mereka masih merupakan sumber yang mengkhawatirkan. Limbah dicirikan sebagai air buangan yang mengandung kontaminan dan kotoran yang perlu diolah agar tidak berdampak pada lingkungan. Budidaya adalah budidaya organisme air dalam ruang terbatas atau terkendali, seperti pemeliharaan ikan untuk komersialisasi.

Emisi nitrous oksida oleh limbah dapat dilakukan dengan dua cara: dengan transformasi kimia dan biologis selama pengolahan limbah dan dengan pembuangan limbah ke anak sungai, di mana nitrogen, yang terkandung dalam konsentrasi tinggi di limbah, akan diubah menjadi N2O oleh bakteri. hadir di anak sungai.

Seperti halnya masalah pupuk, dalam akuakultur, masalahnya adalah tingginya jumlah nitrogen yang digunakan. Jumlah besar nitrogen yang ada dalam makanan organisme budidaya menghasilkan jumlah nitrogen yang tinggi di dalam air, yang akan diubah menjadi oksida nitrat melalui proses kimia dan / atau biologis.

Cara utama untuk mengurangi nitrous oxide yang dipancarkan oleh limbah adalah teknik perawatan, sehingga mengurangi jumlah nitrogen yang diencerkan. Beberapa teknik bahkan dapat menghilangkan sekitar 80% nitrogen yang diencerkan. Kebijakan dan teknologi pengolahan harus diadopsi dan ditetapkan untuk mengurangi emisi nitrous oksida.

Teknik dalam budidaya perikanan juga dapat diterapkan untuk meminimalkan emisi N2O, yang dapat berupa: integrasi sistem pertanian dan budidaya, penggunaan kembali air yang kaya nutrisi untuk mengairi perkebunan dan tanaman air untuk memberi makan budidaya air, integrasi antar spesies air, bila limbah satu spesies berfungsi sebagai makanan bagi spesies lainnya, modifikasi dan optimalisasi makanan dan nutrisi, dengan tujuan meminimalkan pengenceran nitrogen dalam medium.

Dampak yang ditimbulkan oleh penggunaan nitrous oxide memerlukan perhatian pada sesuatu yang penting: batas planet. Untuk lebih memahami tema ini, lihat artikel: "Apa itu batas planet?"