Cornell University-wetenschappers Rachel Hestrin en Johannes Lehmann, samen met medewerkers uit Canada en Australië, hebben aangetoond dat houtskool grote hoeveelheden stikstof kan opzuigen uit de luchtverontreinigende stof ammoniak, wat resulteert in een potentiële meststof met langzame afgifte met meer stikstof dan de meeste dierlijke mest of andere natuurlijke bodemverbeteraars. De resultaten zijn vrijdag gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Ammoniak is een veelvoorkomend bestanddeel van landbouwmeststoffen en levert planten een biologisch beschikbare vorm van de essentiële voedingsstof stikstof. Echter, ammoniak is ook een zeer reactief gas dat kan worden gecombineerd met andere luchtverontreinigende stoffen om deeltjes te creëren die diep in de longen terechtkomen, leidend tot tal van ademhalingsproblemen. Het draagt ​​ook indirect bij aan klimaatverandering wanneer overtollige meststoffen in de bodem worden omgezet in lachgas, een krachtig broeikasgas.

In Canada, de ammoniakemissie is sinds 1990 met 22 procent gestegen, en 90 procent wordt geproduceerd door de landbouw, vooral uit mest, drijfmest en bemesting. Het verminderen van deze verontreinigende stof - zonder de meststoffen en voedselgroei voor onze groeiende wereldbevolking te beperken - is de sleutel tot een duurzame toekomst.

Houtskool, ook bekend als van vuur afgeleid organisch materiaal of biochar, is zowel een natuurlijk materiaal dat in het milieu wordt aangetroffen als een agrarisch amendement. Recent onderzoek naar de mogelijke voordelen van houtskool voor de landbouw heeft de belangstelling gewekt voor de chemische eigenschappen en het vermogen om essentiële voedingsstoffen vast te houden en aan planten te leveren.

De onderzoekers gebruikten de Canadian Light Source van de University of Saskatchewan om te onderzoeken hoe ammoniakgas onder natuurlijke omstandigheden interageert met houtskool. Volgens Lehmann "De unieke eindstations op CLS zijn geweldig voor dit soort stikstof-röntgenspectroscopie."

De studie van Hestrin en Lehmann identificeert het vermogen van houtskool om stikstof op te vangen uit ammoniak in de lucht door de vorming van covalente bindingen, die een langdurige meststof met langzame afgifte zou kunnen bieden voor de productie van veld- en kasgewassen. Eerdere studies toonden aan dat deze reacties plaatsvonden tussen ammoniak en bewerkte koolstofmaterialen bij hoge temperaturen, maar er was geen bewijs voor omgevingstemperatuur en drukomstandigheden.

Hestrin zegt dat het gebruik van de beamline-mogelijkheden van de Canadian Light Source essentieel was voor deze baanbrekende ontdekking en er een veel groter project van maakte dan oorspronkelijk gepland.

"De CLS-bundellijn bood de beste methode om te onderzoeken hoe houtskool stikstof uit ammoniak kan vasthouden. De ontdekking dat stikstof werd vastgehouden door een verscheidenheid aan covalente bindingen, was een echte game-changer in ons onderzoek. Het impliceert dat stikstof uit compost of mest misschien minder vatbaar voor verlies door uitloging of vervluchtiging dan we eerder dachten."

Stikstof speelt een belangrijke rol bij klimaatverandering, en het is aanwezig in talloze vormen, sommige essentieel voor levende organismen, en andere die giftige of schadelijke gassen zijn. Het leveren van voldoende stikstof aan gewassen en tegelijkertijd het verminderen van stikstofuitspoeling naar het grondwater of gasvormige emissies naar de atmosfeer heeft belangrijke gevolgen voor het milieu.

Momenteel, tot 50 procent van de stikstof die naar een composteringsinstallatie gaat, kan verloren gaan als ammoniakgas - door het direct bij de bron op te vangen, zou de vervuiling en het verlies van een waardevolle voedingsstof voor planten aanzienlijk kunnen verminderen.

Nader onderzoek naar deze baanbrekende ontdekking geeft aan dat de milieu-impact van de stikstofvangst van houtskool uit ammoniakgas een belangrijke rol zou kunnen spelen in de wereldwijde koolstof- en stikstofcycli. Naast het potentieel om het beheer van nutriënten in de landbouw te verbeteren, de invloeden van houtskool in de bodem, lucht en water op stikstofopslag en beschikbaarheid in natuurlijke ecosystemen moet ook worden overwogen.