Fotoakusztikus mérőműszerrel vizsgálják a mezőgazdasági eredetű, környezeti nitrogén szennyezést a Szegedi Tudományegyetem kutatói

– Miről szól a téma és mi a célkitűzése?

– A 19. és 20. század fordulóján fogytán voltak az ásványi nitrogén műtrágyák és éhínség fenyegetett világszerte. Éppen időben jött Fritz Haber felfedezése, aki kidolgozta azt az eljárást, mellyel a légkörben 78 térfogat százaléknyi semleges nitrogénből ammóniát lehet előállítani. Emiatt 1918-ban Nobel-díjat kapott. Miután egy másik német vegyész, Carl Bosch kidolgozta az ammóniaszintézis nagyipari technológiáját, 1914-re már ipari mennyiségben tudtak ammóniát előállítani. Mára már évente több, mint 200 millió tonna semleges nitrogént vonnak ki a légkörből, és alakítanak át ammóniává, elsősorban műtrágyagyártás céljából. A probléma ott kezdődik, hogy ez a mennyiség évről-évre halmozódik a természetben, és csak kis része alakul vissza két atomos nitrogén molekulává. A termelt műtrágyáknak azonban csak egy része hasznosul a növények számára. Világviszonylatban több, mint a fele veszteségként a különböző földi szférákba kerül, és ott is marad, változó kémiai formákban, egymásba átalakulva, különböző térbeli és időbeli skálán, számos környezeti problémát okozva. Végül a hasznosult nitrogén is, betöltve a tápanyag-ellátásban kapott szerepét, hasonló sorsra jut. Ezt a jelenéget nevezik nitrogén kaszkádnak.

Dr. Horváth László, az Európai Nitrogén Felmérés c. könyvet tartja a kezében, amiben a teljes, nitrogénnek tulajdonítható éves veszteséget az EU27 tagállamaiban egy főre 150-750 euróra becsülik a szerzők, Fotó: Dr. Horváth László

Annak érdekében, hogy ezt a folyamatot mérsékeljük, illetve megállítsuk, a felhasználási technikákon kellene javítani, illetve tudni kell, hogy a különböző művelési technikák mellett mennyi műtrágya eredetű nitrogénvegyület szabadul fel a légkörbe és mennyi tűnik el az egyéb közegekben. E problémával elég sok laboratórium foglalkozik világszerte. Ennek oka, hogy nagyon összetett a kérdés, mert rengeteg féle művelési technika van, rengeteg féle műtrágya van, meg rengeteg féle mérési módszer, melyek sokszor akár egymásnak ellentmondanak. Ezen a téren tehát lehet még mit kutatni. A téma aktualitása, illetve az Optikai és Kvantumelektronikai Tanszéken folyó, főként a fotoakusztikus módszeren alapuló környezetfizikai kutatások eredményessége miatt választottuk e témát programunknak, amelynek során nemcsak a műtrágya problémával, hanem általában a fotoakusztikus módszerek környezetanalitikai alkalmazásával fogunk foglalkozni a Fotoakusztikus Kutatócsoport közreműködésével, bár jelenleg a műtrágya van a fókuszban.

– Miért fontos a nitrogénvesztesség csökkentése?

– Több szempontból is fontos, egyrészt a műtrágyagyártás is erősen környezetszennyező, nagy energiaigényű, és magas szén-dioxid kibocsátással jár. Másrészt költséges az eljárás, emiatt a műtrágyák (és az élelmiszerek) elég drágák. Harmadrészt pedig, meg lehetne akadályozni, hogy a vesztségek csökkentéséve kevesebb reaktív nitrogén kerüljön a környezetbe.

Fotoakusztikus mérőműszer, Fotó: Juhász Viktor

– A környezeti nitrogénterhelés is okozhat környezet- vagy levegőszennyezést?

– A nitrogén kaszkád jelenségben a nitrogénegyületek minden földi szférába (például az alsó, felső légkörbe, a vizekbe, a talajba, a bioszférába) eljutnak, változatos formákba átalakulva és változatos környezeti károkat okozva. A túlzott nitrogén terhelés az állóvizekben tápanyagdúsulást, eutrofizációt okozhat, ami csökkentheti a biodiverzitást is, a nitrogénkedvelő növényfajok elszaporodása, illetve a nitrogénérzékenyek csökkenése által. Az egyik komponens (a dinitrogén-oxid) egyrészt üvegház gáz, másrészt a sztratoszférában tapasztalható ózonréteg-csökkenésnek kb. feléért is felelős. Az egyik legfontosabb légszennyező, a korai elhalálozásokat okozó, 2,5 mikrométernél kisebb átmérőjű légköri részecskék kialakulásában és a látótávolság csökkenésében is szerepük van a nitrogén vegyületeknek. Felelősek még a talajvizek nitrátosodásáért, a talaj savasodásáért, valamint a savas esők kialakulásában is részt vesznek.

Nitrogén kaszkád jelenség, Fotó: Fizikai Intézet Optikai és Kvantumelektronikai Tanszék

– A nitrogénveszteség jelenségében mennyire érintett az átlagember? Mekkora a felelőssége?

–Az átlagember benne van ebben a rendszerben, ő a fogyasztó. Az embernek komoly felelőssége van, nemcsak a jelenség kapcsán, hanem általában a bolygó kapcsán is. Ha minden ember egyik pillanatról a másikra vegetáriánus lenne, akkor a termőterületeinknek a felére lenne csak szükségünk. Rengeteg területet használ arra az emberiség, hogy a haszonállatoknak és vágóállatoknak takarmányt termeljen, amire nem lenne akkora szükség. Ha felszabadulna a termőterületek fele, akkor nagyobb tere lenne az organikus és a biogazdálkodásnak is, ami azt is jelenti, hogy kevesebb műtrágyát használna az emberiség.

Szántóföldi mérés, Fotó: Juhász Viktor

– Ennek érdekében történtek már intézkedések?

–Igen 2009-ben egy francia városban kinyilvánították a Barsac deklarációt. Az országok több mint 240 képviselője arra törekedett, hogy egy olyan megoldást dolgozzon ki, amivel fenntarthatóbbá tehető a húsfogyasztás. Ezt a gyakorlatot demitarianizmusnak nevezik. Ez egy olyan étkezési stílus, amelyben az emberek tudatosan hatnak húsfogyasztásuk csökkentésére, főként környezetvédelmi okokból. Ennek az egyszerű megfogalmazása abban áll, hogy az emberek arra törekednek, hogy fél adaggal kevesebb állati eredetű terméket fogyasztanak, a „kieső” makro táplálékot pedig növényi élelmiszerekből pótolják. Ennek a hosszútávú hatásai között szerepelne a kevesebb állati eredetű élelmiszer termelés, a kevesebb szántóföld és termőterület felhasználása és a kevesebb nitrogén vegyület természetbe juttatása.

– A nitrogén pontosabb célzásával vagy a terhelés csökkentésével a mezőgazdaságban mekkora összeg lenne százalékosan megspórolható?

– Az ammóniaszintézistől kiindulva, a műtrágyagyártáson, -szállításon, alkalmazáson, a mezőgazdasági, állattenyésztési tevékenységen, az élelmiszeriparon, a kis- és nagykereskedelmen, a háztartási felhasználásig eljutva azt is kiszámították, hogy a termelt műtrágyák nitrogéntartalmának csak 6%-a jut az emberek tányérjára. Ha az illető vegetáriánus, akkor 14%-a. Ezen a láncon végig haladva szinte megbecsülhetetlen a spórolási lehetőség. Ha csak a műtrágya-felhasználást tekintjük, az AKI előzetes adatai szerint Magyarországon 2021-ben 450 ezer tonna műtrágyát értékesítettek, N tartalomban kifejezve. A KSH adatai szerint 2022-ben a N műtrágyák átlagára 347 ezer Ft/t volt, átlagosan 34% N tartalommal, ebből kiszámítható, hogy egy tonna nitrogénhatóanyag kb. 1,2 millió forint, így az értékesített N-műtrágyák értéke összesen kb. 500 milliárd forint volt az utóbbi években. Ennek kb. a fele veszteség. Bár ezt a mennyiséget nem lehet teljesen megspórolni, mert vannak olyan veszteségek, melyek elkerülhetetlenek. Idézek egy spanyolországi vizsgálatot, mely szerint a műtrágyákból származó ammóniaveszteségnek akár 80%-át meg lehetne előzni, megfelelő startégiával. De itt nem is csak a megspórolt összeg a lényeg, mert a veszteség miatt környezeti károkat is okozunk. Ez szerintem legalább egy nagyságrenddel nagyobb, mint a nem hasznosult műtrágya ára.

– Mi okozhatja azt, hogy ezt a rendszer még fennmaradt?

– A kérdés nagyon összetett, mert nemcsak anyagi okai vannak, sőt ahogyan hangsúlyoztam, a környezeti károk, amelyeket a szerek okoznak, sokkal nagyobb súlyúak. Kínában például előszeretettel használnak karbamid műtrágyát, ami 4-szer olcsóbb, mint a korszerű műtrágyák, de az ammónia kibocsátása is nagyobb és szennyezőbb, ennek a típusnak például az EU szigorúan korlátozza is a felhasználását. Ez összetett kérdés, amelyben igyekeznek a gazdákat arra ösztönözni, hogy optimális műtrágya-felhasználási technikákat alkalmazzanak. Ennek a terjesztése és elfogadottsága azonban még gyerekcipőben jár. A műtrágyázási stratégia sok esetben technikai korlátokba ütközik, vagy a gazdák részéről vagy pedig a célzott szereket illetően.

Fotoakusztikus mérőműszer akcióban, Fotó: Juhász Viktor

– Hogyan járul ehhez, hozzá a fotoakusztikus mérési eljárás?

– A nitrogénveszteség főleg az ammóniának köszönhető. Az ammónia koncentrációjának és kibocsátásának mérése sok problémával jár, elsősorban a mintavétel során fellépő hibák miatt. A méréseket műtrágyázott szántóföldi területen fogjuk elvégezni. A műtrágyázás különböző időszakokban is történhet a növény vetési idejétől függően. Csupasz talaj felett is mérünk, illetve vegetációval borított felszín felett is. A lényeg az, hogy a műtrágyázás előtt és után mért értékből meg tudjuk állapítani, mennyi szabadul fel a légkörbe az alkalmazott műtrágyákból. Ennek a gyakorlati haszna pedig ott valósul meg, hogy egyrészt tudjuk, hogy mennyi szabadul fel, másrészt tudjuk, hogy milyen technikával alkalmazták a műtrágyát. Ebből arra a következtetésre juthatunk, hogy milyen összefüggés van az alkalmazott műtrágyafajta, az alkalmazási technika, továbbá az egyéb művelési technikák és az ammóniaveszteség között.

– Milyen távlati terveik vannak a kutatási témát illetően? Hogyan hasznosul 2026 végéig?

– Nemzetközileg már évtizedek óta folynak mérések, vizsgálatok ezen a téren, azonban még sok a fehér folt és a probléma bonyolultága miatt még sok a kérdőjel. Eredményeinket publikálni fogjuk neves nemzetközi folyóiratokban, ily módon ezek bekerülnek a tudományos vérkeringésbe, és ott hasznosulnak, azaz egy kicsit mi is hozzájárulunk az ismeretek bővüléséhez. Hazai szinten az lehet a kutatás eredménye, hogy megállapíthassuk, mennyi a N veszteség a különböző növényi kultúráknál, és a nálunk alkalmazott műtrágyázási technikák esetén. Ebből megbecsülhető, hogy hol, és hogyan lehetne javítani a stratégián a veszteségek elkerülése érdekében. Például az is a kutatásunk tárgya, hogy milyen előnye van annak, ha a műtrágyázást már növényzettel fedett talajon végezzük, ugyanis a műtrágyából elillanó ammónia nagy részét a növény felveheti, még mielőtt a légkörbe kerülne.

Kovács-Jerney Ádám

Borítókép: Fotoakusztikus mérőműszert telepítenek a kutatók Fotó: Juhász Viktor