Klima & miljø

101 år med Haber-Bosch-metoden-

I 2009 var det 101 år siden Fritz Haber og Carl Bosch for første gang framstilte ammoniakk industrielt. Dette gav startskuddet for industriell framstilling av kunstgjødsel-nitrogen i stor skala. Matproduksjonen har i deler av verden hatt en formidabel økning siden den gang. Men hva betyr det for miljøet at så mye nitrogen blir biologisk tilgjengelig?

Av Grete Lene Serikstad, Bioforsk Økologisk

Nitrogen fins i aminosyrer, proteiner og i DNA, og er et helt nødvendig næringsstoff for planter, dyr og mennesker. Nitrogen fins i store mengder i naturen, men mesteparten fins i en form som ikke er tilgjengelig for de fleste levende organismer, nemlig inaktivt N2 i lufta. I naturlige økosystemer er derfor manglende tilgang på nitrogen en av de viktigste begrensende vekstfaktorene.

Mengden av biologisk tilgjengelig nitrogen øker kraftig

Fra naturens side blir luftas nitrogen biologisk tilgjengelig enten ved hjelp av lyn eller ved hjelp av ulike mikroorganismer. De mest kjente er kanskje Rhizobium-bakteriene, som lever i symbiose med belgvekster. Bakteriene lever i knoller på planterøttene, får næring i form av karbohydrater fra plantene, og leverer plantetilgjengelig nitrogen tilbake. Mesteparten av det nitrogenet som tidligere har blitt omdannet (fiksert) av mikroorganismer er bundet opp i organisk materiale, og kan bare bli tilgjengelig for voksende planter ved at mikroorganismer bryter ned nitrogenforbindelsene til enklere molekyler.

Årlig mengde nitrogen som blir fiksert naturlig, er beregnet til cirka 140 millioner tonn globalt.

 I løpet av de siste hundre år har menneskelig aktivitet økt mengden nitrogen som hvert år blir biologisk tilgjengelig, til om lag det dobbelte. I tillegg til produksjon av kunstgjødsel-nitrogen omfatter det bruk av fossilt brensel, dyrking av belgvekster i stor skala og frigjøring av nitrogen fra organisk materiale gjennom blant annet avskoging og oppdyrking.

Mer enn alle år tidligere til sammen!

Den største delen av denne økningen står kunstgjødsel-nitrogenet for, med 80-100 millioner tonn nitrogen årlig på globalt nivå. Siden 1940 har produksjonen av kunstgjødsel-nitrogen vokst eksponentielt. Mengden nitrogengjødsel tilført i årene 1980-1990 var større enn mengden tilført alle år tidligere til sammen!

Haber-Bosch-metoden går ut på å først framstille hydrogengass, og så få den til å reagere med nitrogengass for å danne ammoniakk. Industriell framstilling krever mer enn 100 atmosfærers trykk og mer enn 400 grader varme. Naturgass fra petroliumsindustrien brukes som energikilde.

Opptil 80 % svinn gir "dødt vann"

Økte mengder biologisk nitrogen i omløp har dramatiske konsekvenser for miljøet, både lokalt og globalt. Forskere hevder at så lite som bare 20 % av nitrogenet som blir framstilt industrielt blir tatt opp av plantene. Resten kommer på ulike måter ut i miljøet. Her kan nevnes eutrofiering av innsjøer og elver og økning av nitratinnhold i grunn- og overflatevann, noe som kan gi helseskadelige mengder av nitrat i drikkevannet.

Store områder av verdenshavene, gjerne nær utløpet av store elver, er "døde". Nesten alt liv er forsvunnet her på grunn av oksygenmangel, fordi tilførselen av nitrogen og andre næringsstoffer gir gode vilkår for algevekst. Til denne veksten trenger algene også oksygen.  En regner med at omtrent 245 000 km² havområder nå er slike døde soner.

Artssammensetning og gjengroing

Landarealene påvirkes også av økte nitrogen-mengder. Nitrogen i forskjellige former fraktes over lange avstander med vind og vær og faller ned sammen med nedbør eller som del av gasser eller partikler. Allerede nå avsettes årlig nær 1 kg nitrogen per dekar på Vestlandet gjennom nedbøren. Med økende nedbør i årene som kommer kan avsetningene øke med 30-40 %, dersom de menneskeskapte utslippene av nitrogen holdes konstant.

En kg nitrogen per dekar er mye i naturlige økosystemer, og dette vil påvirke den botaniske artssammensetningen negativt ved at noen få, nitrogenelskende arter vil utkonkurrere arter som trives best med lite nitrogen. Det øker også gjengroingen av landskapet ved at veksten øker.

Fossil energibruk og andel globale klimagassutslipp

Energiforbruket ved framstilling av nitrogen er stort, og mye av energien som blir brukt stammer fra fossilt brensel. Det brukes energi tilsvarende 1 kg olje til hvert kg nitrogen som framstilles.
Ved produksjon av kunstgjødsel-nitrogen produseres både karbondioksid (CO2 ) og lystgass (N2O). Utslippene av disse gassene ved produksjon av kunstgjødsel brukt i norsk landbruk, omregnet til CO2 -ekvivalenter, var 537 000 tonn i 2005.

Yara har installert ny renseteknologi ved sine anlegg i Norge som de hevder kan redusere disse utslippene med inntil 70 %. Samlet utslipp av klimagasser, regnet i CO2  -ekvivalenter, av produksjon og bruk av kunstgjødselnitrogen, var 750- 1080 millioner tonn i 2007. Dette utgjorde 1-2 % av globale klimagassutslipp det året.

 Lystgass er en svært potent klimagass, og har en klimaeffekt nesten 300 ganger sterkere enn karbondioksid.

Menneskers framtidige klimafokus?

Det er mye snakk om menneskelig påvirkning på karbonkretsløpet i naturen i disse klimakrise-tider. Vår påvirkning på nitrogenkretsløpet er langt større, og kanskje minst like viktig. Dessuten er disse to kretsløpene knyttet sammen på mange måter vi ennå ikke kjenner konsekvensene av. I tida framover bør dette bli en viktig del av den lokale, regionale og globale miljødebatten.


Kilder:

  • Erisman, J.W. et al 2008.  How a century of ammonia synthesis changed the world. Nature Geoscience, Vol 1, www.nature.com/naturegeoscience28.9.
  • Galloway, J.N. et al 2003. The nitrogen cascade. BioScience, Vol 53, no 4, s. 341-356
  • Hole, L.R. Nitrogen på avveier. http://www.nilu.no/26.10.2007
  • Niggli, U. et al 2009. Low greenhouse gas agriculture: Mitigation and adaption potential of Sustainable farming systems. FAO
  • Vitousek, M. et al 1997. Human alteration of the global nitrogen cycle: Causes and consequences. Issuses in Ecology nr 1, Ecological society of America.