क्या फसलों को उर्वरित करने का कोई अधिक जलवायु-अनुकूल तरीका है? उत्तर हवा में उड़ सकता है

पौधे प्राकृतिक रूप से "सौर ऊर्जा से संचालित" होते हैं, लेकिन उन्हें फसल के रूप में उगाने के साथ कार्बन फुटप्रिंट भी जुड़ा होता है। ट्रैक्टरों और अन्य उपकरणों को बिजली देने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला ईंधन उस पदचिह्न का हिस्सा है, लेकिन सबसे बड़ा घटक है 36% के क्रम पर सिंथेटिक नाइट्रोजन उर्वरक बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली प्राकृतिक गैस से जुड़ा है।

वैश्विक प्राकृतिक गैस बाजार में संघर्ष-प्रेरित व्यवधानों और जलवायु परिवर्तन को संबोधित करने की तत्काल आवश्यकता के बीच, नाइट्रोजन उर्वरक की जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता अस्थिर होती जा रही है। आदर्श समाधान यह होगा कि स्थानीय, नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग करके नाइट्रोजन की कम कार्बन पदचिह्न आपूर्ति करने का एक तरीका खोजा जाए। संभव है कि? इस मामले में उत्तर वस्तुतः "हवा में उड़ना" हो सकता है।

हरे पौधे प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के माध्यम से सूर्य से बढ़ने के लिए ऊर्जा प्राप्त करते हैं। वे करते हैं; हालाँकि, उन्हें पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है - खनिज जिन्हें वे अपनी जड़ों के माध्यम से मिट्टी से अवशोषित करते हैं। नाइट्रोजन, फास्फोरस और पोटेशियम पौधे की सबसे बड़ी जरूरतें हैं और कृषि या बागवानी में इन्हें उर्वरक के रूप में आपूर्ति की जाती है। पूरे मानव इतिहास में, नाइट्रोजन फसल उत्पादन के लिए सबसे सीमित तत्व था, और जैसे-जैसे जनसंख्या में वृद्धि हुई, घरेलू पशु खाद या पक्षी गुआनो जैसे उपलब्ध नाइट्रोजन स्रोत सभी आवश्यक आपूर्ति नहीं कर सके। पौधों के लिए पर्याप्त नाइट्रोजन प्राप्त करने की चुनौती कुछ हद तक विडंबनापूर्ण है क्योंकि वायुमंडल में 78% नाइट्रोजन गैस है; हालाँकि, यह अधिकांश जीवित चीजों के लिए काफी निष्क्रिय और अनुपलब्ध है। अभी-अभी 100 साल पहले उर्वरक की स्थिति बदल गई। फ्रिट्ज़ हैबर नामक एक जर्मन वैज्ञानिक हवा में हाइड्रोजन और कुछ नाइट्रोजन का उपयोग करने और इसे अमोनिया में बदलने के लिए एक उत्प्रेरक और दबाव प्रणाली लेकर आए, जो पौधों के लिए उपलब्ध एक रूप है। कार्ल बॉश नामक एक अन्य इंजीनियर ने इस प्रक्रिया में सुधार किया और इसे बढ़ाया ताकि 1914 तक 20 टन/दिन उपयोग योग्य नाइट्रोजन का उत्पादन संभव हो सके।

यह "हैबर-बॉश" प्रक्रिया प्राकृतिक गैस स्रोतों से या कोयला गैसीकरण के माध्यम से प्रति वर्ष 1 मिलियन टन उत्पादन करने वाली बड़े पैमाने की सुविधाओं में सर्वोत्तम रूप से निष्पादित की जाती है। प्राकृतिक गैस एक कार्बन और चार हाइड्रोजन परमाणुओं से बनी होती है, लेकिन अमोनिया (तीन हाइड्रोजन परमाणुओं के साथ एक एन परमाणु) बनाने के लिए हवा में नाइट्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए केवल हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। उस मामले में कार्बन एक "जीवाश्म" स्रोत से है इसलिए यह "ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन" बनता है। हाइड्रोजन उत्पन्न करने का एक अलग तरीका है जिसे इलेक्ट्रोलिसिस कहा जाता है। बस कुछ पानी (दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु) और बिजली की आवश्यकता है। यह प्रक्रिया हाइड्रोजन को विभाजित करती है और हानिरहित ऑक्सीजन छोड़ती है। इस परिदृश्य में कोई कार्बन उत्सर्जन नहीं होता है। सार्वजनिक और निजी शोधकर्ता अमोनिया बनाने के लिए छोटे पैमाने पर हैबर-बॉश प्रक्रियाओं का प्रयोग कर रहे हैं। पवन या सौर ऊर्जा से उत्पन्न बिजली का उपयोग करने पर ध्यान केंद्रित किया गया है। इस अवधारणा पर कुछ समय से काम चल रहा है। उदाहरण के लिए, 2009 में मिनेसोटा विश्वविद्यालय के वेस्ट सेंट्रल रिसर्च एंड आउटरीच सेंटर में 3.75 मिलियन डॉलर का एक पायलट प्लांट प्रति वर्ष 25 टन निर्जल अमोनिया का उत्पादन करने के लिए स्थानीय पवन ऊर्जा सुविधा से बिजली का उपयोग कर रहा था। कृषि व्यापार पत्रिका कॉर्न+सोयाबीन डाइजेस्ट में प्रकाशित मिनेसोटा सुविधा के नवीकरणीय ऊर्जा निदेशक माइक रीज़ के साथ एक साक्षात्कार में इसका वर्णन किया गया था। लेख का शीर्षक उपयुक्त था: “पतली हवा से उर्वरक बनाएं? नवीकरणीय अमोनिया बनाने के लिए फंसे हुए पवन ऊर्जा का उपयोग एन कीमतों को स्थिर कर सकता है, पवन ऊर्जा बाजार का निर्माण कर सकता है।

तो 13 साल बाद क्या हो रहा है? किसी भी नई रासायनिक प्रक्रिया की तरह अनुकूलन में समय लगता है। पैमाने की अर्थव्यवस्थाएं भी हैं जो आधुनिक उर्वरक उत्पादन के लिए उपयोग की जाने वाली अच्छी तरह से स्थापित, औद्योगिक पैमाने की प्रक्रिया के साथ प्रतिस्पर्धा करना मुश्किल बनाती हैं। हालाँकि यह संभव है कि इस तकनीक के संस्करण व्यावसायिक व्यवहार्यता के करीब पहुँच रहे हों। ए "तकनीकी-आर्थिक विश्लेषणटेक्सास टेक के शोधकर्ताओं द्वारा 2020 में प्रकाशित निष्कर्ष में कहा गया है कि "सभी इलेक्ट्रिक" अमोनिया का उत्पादन पारंपरिक कमोडिटी अमोनिया की लागत से लगभग दोगुनी कीमत पर किया जा सकता है। यह 2022 के बढ़ते मौसम के लिए उर्वरक की कीमतों में देखी गई नाटकीय वृद्धि से पहले था (देखें)। आधुनिक किसान: “उर्वरक की बढ़ती कीमतों को झेलने के लिए किसान संघर्ष कर रहे हैं).

इस लेख के लिए एक साक्षात्कार में मिनेसोटा विश्वविद्यालय के माइक रीज़ का कहना है कि इस समाधान के लिए गति बन रही है। प्राकृतिक गैस की लागत बढ़ने, नवीकरणीय बिजली की लागत कम होने और जलवायु परिवर्तन शमन के प्रति प्रतिबद्धता सबसे आगे आने के साथ; इस प्रकार के "हरित अमोनिया" विकल्प में अब व्यापक रुचि है। रीज़ का कहना है कि कई बड़े पैमाने की, पारंपरिक उर्वरक कंपनियां इस बात पर विचार कर रही हैं कि वे इस दिशा में कैसे बदलाव कर सकती हैं। रीज़ की इस तकनीक का विवरण केंद्र की वेबसाइट पर पोस्ट किया गया है: "सतत ऊर्जा और कृषि को ईंधन देना: हवा को एक बोतल में डालना।” यूएमएन शोधकर्ताओं ने इससे संबंधित एक प्रकाशन भी किया है आर्थिक विश्लेषण.

एक तार्किक परिदृश्य यह है कि 30 से 200 टन/वर्ष की रेंज में मध्यम पैमाने के संयंत्र विकसित किए जाएं और उन्हें पूरे कृषि क्षेत्रों में स्थापित किया जाए जहां पवन और सौर ऊर्जा उत्पादन की काफी संभावनाएं हैं। इस तरह उर्वरक का परिवहन पदचिह्न छोटा होगा और बाजार वैश्विक मूल्य उतार-चढ़ाव से अछूता रहेगा। जाहिर तौर पर पर्याप्त पूंजी निवेश की आवश्यकता होगी, लेकिन इसे आंशिक रूप से जलवायु परिवर्तन-संचालित सब्सिडी या कार्बन क्रेडिट के माध्यम से संबोधित किया जा सकता है। यह परिवर्तन सौर और पवन ऊर्जा क्षेत्र के लिए भी सकारात्मक होगा क्योंकि यह चरम उत्पादन अवधि के दौरान उपयोग की उनकी आवश्यकता को संबोधित करता है जो ग्रिड की मांग के अनुरूप नहीं हो सकता है। बाद में रिलीज के लिए हाइड्रोजन के भंडारण के एक सुरक्षित साधन के रूप में अमोनिया में रुचि की एक स्वतंत्र रेखा है कई अलग-अलग अनुप्रयोग.

जैसे कि यह कहानी पहले से ही पर्याप्त सकारात्मक नहीं थी, एक तरीका है कि उर्वरक उत्पादन को और भी अधिक "डीकार्बोनाइज्ड" किया जा सकता है। अमेरिका के कई कृषि क्षेत्रों में बायोएथेनॉल संयंत्र फैले हुए हैं। जब वे मकई स्टार्च जैसे फ़ीड स्टॉक से कार्बोहाइड्रेट को किण्वित कर रहे होते हैं तो वे CO2 उत्सर्जित करते हैं, लेकिन यह "कार्बन तटस्थ" होता है क्योंकि यह हाल की फसल प्रकाश संश्लेषण से आता है। हालाँकि, गैस की उस प्रचुर आपूर्ति को पकड़ना और अमोनिया के साथ प्रतिक्रिया करके यूरिया का उत्पादन करना संभव है जो नाइट्रोजन उर्वरक का अधिक आसानी से संग्रहीत और लागू किया जाने वाला रूप है और जिसे अन्य सामान्य फॉर्मूलेशन जैसे यूएएन या धीमी गति से जारी छर्रों में परिवर्तित किया जा सकता है। . अमोनिया और इथेनॉल उत्पादन के बीच इस संबंध को बनाने से प्रत्येक उत्पाद से जुड़े कार्बन फुटप्रिंट में कमी के अलावा व्यावसायिक और लॉजिस्टिक दोनों फायदे होंगे।

निष्कर्षतः, कृषि के लिए अमोनिया उत्पादन का विद्युतीकरण उस प्रकार के समाधान का एक उत्कृष्ट उदाहरण प्रतीत होता है जिसकी कल्पना "पर्यावरणआधुनिकतावादी” जो तर्क देते हैं कि प्रौद्योगिकी अक्सर पर्यावरणीय चुनौतियों का समाधान है। इस मामले में यह हमारी कृषि अर्थव्यवस्था को वैश्विक अस्थिरता से बचाने की आवश्यकता के अनुरूप भी है।