Dankzij een nieuw ontwikkelde laserspectrometer, Empa-onderzoekers kunnen voor het eerst laten zien welke processen in grasland leiden tot lachgasemissies. Het doel is om de uitstoot van dit krachtige broeikasgas te verminderen door meer inzicht te krijgen in de processen die in de bodem plaatsvinden.

Lachgas (N ₂ O, ook wel lachgas genoemd) is een van de belangrijkste broeikasgassen. Hoewel het veel minder overvloedig aanwezig is in de atmosfeer dan koolstofdioxide (CO ₂ ), het is ongeveer 300 keer krachtiger. N ₂ O blijft meer dan 100 jaar in de atmosfeer en draagt ​​dus grotendeels bij aan de opwarming van de aarde. Het beschadigt ook de beschermende ozonlaag van de aarde. De grootste bron van N ₂ O-emissies zijn bodem, vooral (maar niet alleen) wanneer ze worden bemest.

Onderzoekers over de hele wereld zoeken naar manieren om N . te verminderen ₂ O-emissies. Maar onderzoek staat nog in de kinderschoenen. "Het is bekend dat er meer lachgas uit de bodem ontsnapt na bemesting of regen, bijvoorbeeld. Maar er is nog weinig onderzoek gedaan naar de exacte processen die in de bodem plaatsvinden, ", zegt Empa-emissie- en isotopenonderzoeker Joachim Mohn.

Eerste metingen op grasland

Empa-onderzoekers hebben, daarom, een laserspectrometer ontwikkeld, waardoor uiterst nauwkeurige veldmetingen mogelijk zijn. “Je kunt precies zien welke isotopensamenstelling het uitgestoten lachgas heeft. of het stikstofatoom met een extra neutron zich in het midden van het molecuul of aan de rand bevindt, " legt Mohn uit. Door de specifieke bepaling van de isotopen kunnen conclusies worden getrokken over de vormingsprocessen van N ₂ O. "Isotoopmetingen kunnen ook worden gebruikt om de mate, waarbij het schadelijke lachgas in de bodem wordt afgebroken tot onschadelijke stikstof."

N ₂ O wordt gevormd door verschillende microbiële processen. Het kan voorkomen als bijproduct van nitrificatie en als tussenproduct van denitrificatie. Bij nitrificatie, ammonium, bijv. van meststoffen, wordt geoxideerd tot nitraat. Bij denitrificatie, nitraat wordt omgezet in stikstof.

"Empa en andere onderzoeksinstellingen onderzoeken momenteel welk biochemisch proces in een bacterie bij voorkeur welke lachgas-isotoop vormt, ", zegt Mohn (zie kader). Op basis van deze bevindingen, Empa-onderzoekers, samen met wetenschappers van ETH Zürich en het Karlsruhe Institute of Technology (KIT), meer dan 600 laserspectrometermetingen uitgevoerd gedurende meerdere maanden in Beieren boven grasland en zo de isotopensamenstelling van het uitgestoten N ₂ O.

Tegelijkertijd, de onderzoekers registreerden beïnvloedende variabelen zoals bodemvocht, voedingswaarde, luchttemperatuur, windsnelheden en het tijdstip van neerslag en bemesting. een noviteit, zoals Joachim Mohn uitlegt:"Met de massaspectrometrie-instrumenten die tot nu toe zijn gebruikt, was het gewoon onmogelijk om continu boven de grond te meten. Dankzij ons nieuwe apparaat, we kunnen nu zeer nauwkeurige metingen in het veld uitvoeren en de resultaten vergelijken, bijvoorbeeld van grasland, met die van het lab."

Met de eerste veldmetingen gaan de onderzoekers nu na of eerdere emissiemodellen goede voorspellingen mogelijk maken of dat deze verbeterd moeten worden. Mohn:"Tot nu toe, het is alleen mogelijk geweest om te zeggen of een model voor het voorspellen van lachgas-emissies de tijd en hoeveelheid correct weergeeft. Als we ook de isotoopsignatuur bepalen, dan weten we meteen of het model de processen waarmee lachgas wordt geproduceerd correct voorspelt."

Dit is een belangrijke stap voor N ₂ O onderzoek, zegt de Empa-onderzoeker. "Het doel op lange termijn is om de uitstoot van lachgas uit natuurlijke en landbouwbodems te verminderen." Er is nog een lange weg te gaan, hij geeft toe. "Maar we hebben nu in ieder geval een eerste mijlpaal bereikt."