Op stikstof gebaseerde meststof draagt ​​bij aan de hoge opbrengsten die worden verwacht van gewassen in de ontwikkelde wereld, maar het hoge gebruik ervan beschadigt ook nabijgelegen wateren en ecosystemen. Omgekeerd, ontwikkelingslanden die opbrengstverbetering het hardst nodig hebben, worden geconfronteerd met knelpunten bij het verkrijgen van die meststoffen vanwege de hoge kosten en lage gewasprijzen.

Purdue University-wetenschappers, onder leiding van Nick Carpita, een professor in de afdeling Plantkunde en Plantenpathologie, geloof dat er een manier is om beide problemen op te lossen. In bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Biofuels, Bioproducten &Bioraffinage, onderzoekers beschrijven hoe boeren voldoende bio-energiegewassen kunnen verbouwen om stikstofhoudende meststoffen goedkoper te maken en het bereik van die meststoffen in nabijgelegen waterwegen te verkleinen.

“Het gebruik van biomassa als bron van waterstof en energie voor ammoniakmest is concurrerend met elektriciteit als vervanger van aardgas of andere fossiele brandstoffen. de integratie van een meerjarig biomassagewas als grensrij met voedselgewassen is bijzonder aantrekkelijk omdat het de substraten levert voor de productie van kunstmest en tegelijkertijd de milieu-impact van overtollig stikstof vermindert, ’ schreven de auteurs.

Carpita, Maureen McCann, hoogleraar bij het Departement Biologische Wetenschappen; Rakesh Agrawal, Purdue's Winthrop E. Stone Distinguished Professor of Chemical Engineering; Gary Burniske, directeur van het Purdue Center for Global Food Security; en andere Purdue-onderzoekers schatten dat boeren 5% of minder van hun velden zouden kunnen gebruiken om voldoende bio-energiegewassen te verbouwen, zoals zoete sorghum of een meerjarig gras zoals switchgrass, om de brandstof te maken die nodig is om stikstofmeststoffen zoals ammoniak te produceren.

Niet alleen zou het gebruik van bio-energie een schonere keuze voor het milieu zijn dan aardgas of steenkool, maar de gewassen zouden aan de randen van velden kunnen worden gebruikt als buffers om de hoeveelheid stikstof te beperken die van die velden naar de lokale wateren spoelt.

"Het is een klein deel van het areaal van een teler om de energie te produceren die nodig is om de bemestingsbehoefte van een heel veld volledig te bevredigen. Je zou 150 pond stikstof per hectare kunnen toedienen, dat is meer dan genoeg, en je hebt maar 5% biomassa per hectare nodig, " zei Carpita. "De biomassa heeft een bonus. Waar je groeit, kan het de ecologie verbeteren. Uw biomassa kan bodemophoping veroorzaken, erosiebrekende rijen die de lokale waterscheiding verbeteren."

De biomassagewassen kunnen direct worden vergast of worden omgezet in H2Bioil voor transport naar de vergasser, het geven van een bron van waterstof die nodig is voor ammoniak en energie om de productie aan te drijven. Uit het onderzoek blijkt dat het ongeveer $ 54 kost voor genoeg aardgas om 150 kilogram ammoniak te maken. Equivalente elektriciteits- of biomassakosten in ontwikkelde landen zijn momenteel ongeveer vier keer zo hoog als wat betekent dat de productiekosten zouden moeten dalen of dat de aardgasprijzen aanzienlijk zouden moeten stijgen om het proces kosteneffectief te maken.

Maar het kan nog steeds voordelig zijn in ontwikkelingslanden waar mobiele verwerkingsfabrieken of kleinere chemische fabrieken de productie dicht bij boerderijen kunnen brengen die geen toegang hebben tot stikstofhoudende meststoffen. Die kleinere voorzieningen bestaan ​​nog niet, maar Agrawal zei dat zijn team eraan werkt om ze te ontwikkelen.

"Wij chemische ingenieurs zijn gewend om grote fabrieken te bouwen. We moeten niet alleen de unit-operaties heroverwegen, maar hoe we alles in een fabriek gaan vereenvoudigen om het op een kleinere gedistribueerde schaal te laten functioneren, "Zei Agrawal. "Het goede is dat we eraan zijn begonnen te werken. Dit zou binnen een decennium kunnen gebeuren."

Burniske zei dat de biomassastrategie voor de productie van ammoniak waarschijnlijk eerder haalbaar zou zijn in Afrika bezuiden de Sahara, waar de bodem stikstofarm is en er in de regio weinig kunstmest wordt geproduceerd.

"Afrika is de meest stikstofarme regio ter wereld, en waar kunstmest beschikbaar is, het is duur, van slechte kwaliteit en buiten het bereik van de kleine boer, ' zei Burniske.

Een gebied in Oost-Afrika - waar landen kleiner zijn en een grote productiefaciliteit kunnen delen, en de transportinfrastructuur hebben om te leveren - de biomassastrategie kunnen gebruiken om betaalbare op stikstof gebaseerde meststoffen te maken.

"De verlaging van de kosten van kunstmest en de daarmee gepaard gaande verbetering van de kwaliteit zou het gebruik door kleine boeren stimuleren en de opbrengsten verhogen in gebieden met grote populaties van mensen die onzeker zijn over voedsel. "Zei Burniske. "Vooral tuinbouwgewassen zouden er baat bij hebben omdat ze veeleisender zijn in stikstofopname, en tuinbouwgewassen bevatten veel micronutriënten in een regio waar een tekort aan micronutriënten hoogtij viert. Boeren die meer hoogwaardige tuinbouwgewassen produceren, zouden een inkomensstijging zien en een vermenigvuldigingseffect dat de economische ontwikkeling in plattelandsgemeenschappen verhoogt."

De auteurs droegen hun paper op aan collega-auteur Wally Tyner, die de James en Lois Ackerman hoogleraar landbouweconomie aan Purdue was, een senior fellow voor de Amerikaanse Vereniging voor Energie-economie en een Amerikaanse senator Richard Lugar "Energy Patriot." Tyner stierf vorig jaar.