نقش گاز آمونیاک در کشاورزی و تولید کودهای ازته

مقدمه‌

آمونیاک (NH3) به‌عنوان منبع اصلی نیتروژن در کشاورزی، نقش بنیادینی در تولید کودهای ازته و افزایش عملکرد محصولات دارد.

آمونیاک به عنوان یک کود  نیتروژنه نقش مهمی در بهبود کیفیت خاک ها ایفا میکند.گیاهان برای رشد بهتر به نیتروژن نیاز دارند که عمدتا به صورت نیترات یا آمونیوم جذب میشود.آمونیاک به عنوان یک منبع غنی نیترون نیترات لازم را برای گیاه فراهم میکند.فرآیند صنعتی سنتز آمونیاک (فرآیند هابر-بوش) امکان تولید گسترده کودهای ازته مانند اوره و نیترات‌ها را فراهم کرده که از اوایل قرن بیستم تأثیر شگرفی در افزایش عملکرد محصولات کشاورزی داشته است. وابستگی تولید کودها به آمونیاک، اهمیت این گاز را در امنیت غذایی جهانی نشان می‌دهد؛ با این‌حال تولید، حمل‌ونقل و کاربرد آن چالش‌های محیط‌زیستی و بهداشتی دارد.

ساختار شیمیایی و خواص فیزیکی

آمونیاک مولکولی با فرمول NH3 است؛ ساختار آن یک مولکول هرمی با یک جفت الکترون منفرد بر روی اتم نیتروژن است که باعث قطبش مولکول و خاصیت بازی آن میشود. گاز آمونیاک تحت فشار (psi ۱۲۵ یا ۸.۵بار) به آمونیاک مایع تبدیل شده تا برای مصارف گوناگون مورد استفاده قرار گیرد. نقطه جوش آمونیاک حدود ۳۳.۳۴ −°C است و در فشارهای متعارف به صورت گاز است؛ اما تحت فشار و در شرایط کنترل شده به صورت مایع (گاز مایع آمونیاک) نگهداری و حمل میشود.اصلی ترین روش صنعتی تولید آمونیاک، فرآیند هابر-بوش است که در آن نیتروژن و هیدروژن تحت فشار و دما واکنش میدهند. این فرآیند مصرف انرژی بالایی دارد و وابستگی آن به سوختهای فسیلی، تأثیر زیست محیطی قابل توجهی از حیث انتشار CO2 دارد؛ به همین دلیل پژوهش های اخیر روی تولید  آمونیاک کم کربن  با استفاده از هیدروژن سبز یا تکنولوژی های جذب کربن متمرکز شده اند.

کاربردهای گاز آمونیاک در کشاورزی

از مهمترین کاربرد های آمونیاک استفاده در تولید کودهای شیمیایی و هچنین سموم کشاورزی است. کودهای شیمیایی با درصد خلوص و ترکیبات شیمیایی مختلف، دارای تفاوت هایی در زمان کوددهی و نحوه ی پخش هستند. کودها بر اساس نوع عنصر، به کار رفته نام گذاری می شود (کود ازتی، کودی که در آن از ازت استفاده شده است). این کودها با بهای ارزان، کاربرد اسان، سبب افزایش محصولات می گردد ولی صدمات جدی به خاک و موجودات زنده و اکوسیستم وارد می کند؛ همچنین استفاده بیش از اندازه از ان باعث بیماری ها و افات متعددی در مزارع و باغ ها می شود. در ادامه به انواع کودهای آمونیاکی می پردازیم.

انواع کودهای آمونیاک

کود آمونیوم نیترات

از واکنش گاز آمونیاک و نیتریک اسید آمونیوم نیترات تولید می شود.  این واکنش به شدت گرمازا است. شکل آن هم به صورت مایع و هم به صورت کریستالی است. قدرت بسیاری دارد و از خاصیت انفجاری هم برخوردار است. از قدیمی ترین کودهای نیتراته در دنیا می توان به کاربرد آمونیوم نیترات در این مورد اشاره داشت که تولید آن به صورت انبوه است. فرم گرانوله این ماده همواره مورد تائید در صنعت کشاورزی است. نیترات آمونیوم یک کود شبیه سولفات آمونیوم است که در حدود ۳۴% ازت دارا است. بسیار سریع در خاک عمل می کند ولی ماندگاری ندارد.فرآیند عمومی تولید سولفات آمونیوم از واکنش اسید سولفوریک و آمونیاک می‌باشد که بر این اساس، مواد اولیه مورد نیاز برای تولید سولفات آمونیوم در گرید‌های مختلف، اسید سولفوریک و آمونیاک است. سولفات آمونیوم بهترین منبع تأمین ازت و گوگرد برای درختان میوه و آن دسته از محصولات زراعی است که به این عناصر نیاز فراوان دارند. از آنجا که ازت این کود به شکل آمونیوم و گوگرد آن به شکل سولفات است، آمونیوم به صورت تبادلی به ذرات رؙس متصل گردیده و کمتر از کودهای ازته دیگر در خاک شسته می‌شود.

کود اوره

کود اوره (Urea fertilizer)یک کود شیمیایی است که در کشاورزی به عنوان منبع نیتروژن بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. کود اوره بطور تجاری با واکنش آمونیاک با دی اکسید کربن و به صورت جامد گرانولی یا قرص های استوانه ای شکل تولید می شود. هر دو شکل کود اوره حاوی ۴۶% نیتروژن هستند ولی میزان تبخیر و درصد شسته شدن اوره در کودهای قرصی شکل بیشتر است. بنابراین گرانول های اوره ۱۵-۲۰٪ کارآمدتر از نوع دیگر است. فرمول شیمیایی اوره CO (NH2) 2 است و بطور طبیعی در ادرار پستانداران دفع می شود. کودهای اوره بسیار محلول هستند (حلالیت ۱۰۷۹ گرم در لیتر در دمای ۲۰ درجه سانتی گراد). بنابراین علاوه بر کوددهی از طریق خاک می توانند از طریق اسپری توسط  شاخ و برگ گیاهان نیز جذب شوند. با این حال ، کودهای اوره نباید در کشت های بدون خاک استفاده شوند زیرا بلافاصله از ظرف خارج می شود.

کود دی آمونیوم فسفات

کود دی آمونیوم فسفات (Diammonium Phosphate) یکی از پرمصرف ترین کودهای شیمیایی فسفره در جهان است. کود دی آمونیوم فسفات معروف به DAP در واقع از دو ماده ای ساخته شده که هر یک به تنهایی به عنوان کود مورد استفاده قرار می گیرند. برای  تولید یک تن کود DAP تقریباً ۱.۵ تا ۲ تن سنگ فسفات ، ۰.۴ تن گوگرد (S) برای حل این سنگ و ۰.۲ تن آمونیاک مورد نیاز است. کود DAP منبع عالی فسفر P و نیتروژن N برای تغذیه گیاه است. این کود بسیار محلول است بنابراین به سرعت در خاک حل می شود تا فسفات و آمونیوم در اختیار ریشه گیاهان قرار بگیرد. یک ویژگی قابل توجه DAP ،  pH قلیایی آن است که در اطراف گرانول حل شده ایجاد می شود.

شکل‌های مختلف آمونیاک در کشاورزی

• آمونیاک مایع: که به‌طور مستقیم به خاک افزوده می‌شود.
• کودهای نیتروژنه: مانند هیدروکسید آمونیاک و نیترات آمونیوم که به عنوان کود استفاده می شوند.
• تزریق مستقیم به خاک:آمونیاک مایع را می‌توان به صورت مستقیم به خاک تزریق کرد. این روش باعث می‌شود نیتروژن به سرعت در خاک پخش شده و در دسترس ریشه گیاهان قرار گیرد.

مزایای استفاده از آمونیاک در کشاورزی

بهبود ساختار خاک و افزایش توانایی نگهداری آب مخصوصا در مناطق با شرایط آب و هوایی خشک و نیمه خشک اهمیت زیادی دارد که با استفاده از آمونیاک به عنوان کود شیمیایی قابل دسترسی است.(بهره وری بیشتر)کودهای نیتروژن سنتی ممکن است منجر به آلودگی آب‌های زیرزمینی شوند. اما آمونیاک با کنترل و مدیریت صحیح، می‌تواند اثرات منفی کمتری بر محیط زیست داشته باشد. زیرا این ترکیب شیمیایی راهکار ایده‌آلی برای کاهش مصرف کودهای شیمیایی دیگر است که ممکن است موجب آلودگی آب، خاک و هوا شوند.(آلودگی کمتر) از آن جایی که گاز آمونیاک به سرعت توسط ریشه‌های گیاهان جذب می‌شود. افزایش کارایی استفاده از نیتروژن و بهبود بازدهی محصول را به دنبال دارد.(سرعت جذب بالا) استفاده از آمونیاک به‌عنوان کود می‌تواند هزینه‌های کشاورز را کاهش دهد. این ماده معمولاً در مقادیر زیاد تولید می‌شود و به‌صرفه‌تر از سایر ترکیبات نیتروژنی است. زیرا این ترکیب از هزینه‌های تولید آبیاری، نیتروژن و دیگر عناصر غذایی کاهش می‌دهد.( کاهش هزینه ها)آمونیاک به عنوان یک ماده اولیه ارزان و در دسترس، به راحتی قابل تهیه است. از این رو آن را به یک گزینه بسیار مناسب و در دسترس برای کشاورزان تبدیل کرده است.(دسترسی راحت)استفاده از کودهای نیتروژنه آمونیاکی باعث افزایش قابل توجه عملکرد محصولات کشاورزی می‌شود.(عملکرد بالا)

خطرات گاز آمونیاک و ایمنی

آمونیاک گازی با بویی تند است؛ استنشاق گاز آمونیاک می‌تواند منجر به تحریک دستگاه تنفسی، سوختگی شیمیایی، و در موارد شدید به آسیب ریه‌ای مزمن و حتی مرگ شود. به علت میل ترکیبی آمونیاک با آب این ماده بیشتر بر بافت های مخاطی بدن تاثیر گذاشته و سبب آسیب به آنها می شود. آمونیاک به صورت گازی یا مایع (محلول در آب ) می تواند آسیب شدیدی به مجاری تنفسی وارد کند. این ماده سمی و خطرناک در صورت تماس با پوست، آسیب هایی بافتی همانند قرمزی، خارش، تاول و سوختگی شدیدی در محل تماس ایجاد می کند. در تماس با بافت مخاطی چشم باعث قرمزی و سوزش و زخم قرنیه می شود. این ماده خطرناک حدودا اشتعالش ۱۶ تا ۲۵ درصد جرمی در هوااست. خطرات اتشگیری ان پایین و انفجار خود به خودی ندارد اگر در معرض شعله قرار گیرد انفجار صدای مهیبی به همراه دارد.در صورت تماس پوستی شستشوی سریع پوست با اب فراوان و سرم های شستشو به مدت یک ساعت ( تا رفع احساس سوزش) رساندن سریع مصدوم به مراکز درمانی؛ در صورت تماس چشمی شستشوی چشم ها و زیر پلک ها با اب فراوان و یا سرم شستشو حداقل به مدت نیم ساعت و رساندن سریع مصدوم به پزشک، در صورت مسمومیت با گاز آمونیاک وهمچنین تماس با دستگاه گوارش اگر به صورت مایع خورده شده باشد، شستشوی معده و خوردن ۲ تا ۳ بار شیر و اب به میزان ۱۲۰-۲۴۰ میلی لیتر تاثیر گذار است. همچنین خوردن سرکه،آبلیمو، سیب، پرتقال، نشاسته، سفیده تخم مرغ و روغن زیتون نیز موثر است.  در اطفای حریق باید سیلندر های حاوی گاز آمونیاک را با اب خنک کرد و از پودر های شیمیایی خشک و یا گاز کربنیک در آب استفاده کرد.

برای عمل بو زدایی، کاهش گاز آمونیاک (تا ۰۸ درصد)و ضدعفونی کردن هوای سالن از دستگاه ازنساز استفاده میشود. ازن به راحتی با مولکولهایی نظیر آمونیاک واکنش نشان داده و باعث تغییر ساختمان مولکولی آنها میشود.

بازیابی آمونیاک از فضولات دامی

تکنیک‌هایی برای بازیابی آمونیاک از کود و فضولات حیوانی وجود دارد که می‌تواند به تولید کود محلی و کاهش انتشار آمونیاک به محیط کمک کند. گاز آمونیاک در سالنهای پرورش طیور از تجزیه میکروبی اسید اوریک موجود در فضوالت و دان ریخته شده بر روی بستر حاصل میشود.

اثرات زیست‌محیطی و کاهش انتشار

روش‌هایی مانند مدیریت زمان‌بندی کاربرد کود، پوشش‌دهی خاک، به‌کارگیری تثبیت‌کننده‌های نیتروژن و بازیابی آمونیاک از فضولات دامی می‌تواند انتشار NH3 به هوا را کاهش دهد. سیاست‌های انگیزشی برای تولید آمونیاک کم‌کربن و سرمایه‌گذاری در فناوری‌های جدید نیز در کاهش اثرات اقلیمی مؤثر است. آمونیاک به لایه اوزون آسیبی نمی‌رساند و دارای پتانسیل گرمایش جهانی بسیار کمی است. آمونیاک یکی از مؤثرترین گازهای خنک‌کننده با کارایی بالا است. این گاز می‌تواند به طور مؤثری گرما را منتقل کرده و انرژی کمتری مصرف کند. در نتیجه منجر به کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود. سیستم‌های سردخانه‌ای که از آمونیاک استفاده می‌کنند، به تجهیزات و مواد مقاوم در برابر خوردگی نیاز دارند. این امر می‌تواند هزینه‌های نصب و نگهداری را افزایش دهد.

 سخن پایانی

آمونیاک عنصری کلیدی برای تولید غذا در مقیاس جهانی است؛ در عین حال تولید و کاربرد آن خطرات زیست‌محیطی و بهداشتی قابل توجهی دارند. مدیریت بهتر فرآیندهای تولید، بهبود فناوری‌های بازیابی و کاهش انتشار و افزایش استانداردهای ایمنی در استفاده و نگهداری می‌تواند منافع کشاورزی را حفظ کرده و همزمان ریسک‌ها را کاهش دهد. قیمت این گاز بسته به منطقه، بازار و شرایط فعلی متفاوت است. مجتمع گاز اردستان به عنوان وارد کننده و توزیع کننده سیلندر گاز آمونیاک قابل شارژ در اصفهان، برای کارخانجات و صنایع در بازار ایران می باشد.