Паоло Габриэлли, старший научный сотрудник Лаборатории надежности и риск-инжиниринга в ETH Zurich, сотрудничал с Лоренцо Розой, главным исследователем Научного института Карнеги в Стэнфорде, США, в исследовании различных углеродно-нейтральных методов производства азотных удобрений. В исследовании, опубликованном в журнале Environmental Research Letters, два исследователя приходят к выводу, что переход в производстве азота возможен и что такой переход может также повысить продовольственную безопасность. Однако альтернативные методы производства имеют как преимущества, так и недостатки. В частности, два исследователя рассмотрели три альтернативы:

• Производство необходимого водорода с использованием ископаемого топлива, как в обычном режиме, только вместо выброса парникового газа CO₂ попадая в атмосферу, он улавливается на производственных установках и постоянно хранится под землей (улавливание и хранение углерода, CSS). Для этого требуется не только инфраструктура для сбора, транспортировки и хранения CO₂ но и соответственно больше энергии. Несмотря на это, это сравнительно эффективный метод производства. Однако это никак не способствует снижению зависимости от ископаемого топлива.
• Электрификация производства удобрений за счет использования электролиза воды для получения водорода. Для этого требуется в среднем в 25 раз больше энергии, чем при современном способе производства с использованием природного газа, поэтому потребуется огромное количество электроэнергии из углеродно-нейтральных источников. Для стран с изобилием солнечной или ветровой энергии такой подход может оказаться привлекательным. Однако, учитывая планы электрификации других секторов экономики во имя борьбы с изменением климата, это может привести к конкуренции за устойчивую электроэнергию.
• Синтез водорода для производства удобрений из биомассы. Поскольку для этого требуется много пахотной земли и воды, по иронии судьбы этот способ производства конкурирует с производством продуктов питания. Но авторы исследования отмечают, что это имеет смысл, если исходным сырьем является отработанная биомасса - например, растительные остатки.

Ученые утверждают, что ключом к успеху, вероятно, будет сочетание всех этих подходов в зависимости от страны и конкретных местных условий и имеющихся ресурсов. В любом случае, крайне важно, чтобы сельское хозяйство более эффективно использовало азотные удобрения, как подчеркивает Роза: "Решение таких проблем, как чрезмерное удобрение и пищевые отходы, также является способом уменьшить потребность в удобрениях".

Индия и Китай в опасности

В ходе исследования ученые также стремились определить страны мира, в которых продовольственная безопасность в настоящее время находится под особым риском из-за их зависимости от импорта азота или природного газа. Следующие страны особенно уязвимы к ценовым потрясениям на рынках природного газа и азота: Индия, Бразилия, Китай, Франция, Турция и Германия.

Обезуглероживание производства удобрений во многих случаях уменьшило бы эту уязвимость и повысило бы продовольственную безопасность. По крайней мере, электрификация за счет возобновляемых источников энергии или использования биомассы снизила бы зависимость от импорта природного газа. Однако исследователи рассматривают этот момент в перспективе: все углеродно-нейтральные методы производства азотных удобрений являются более энергоемкими, чем нынешний метод использования ископаемого топлива. Другими словами, они по-прежнему уязвимы к определенным ценовым потрясениям - не непосредственно на рынках природного газа, но, возможно, на рынках электроэнергии.

Производители азота сталкиваются с переменами

Ученые отмечают в своем исследовании, что декарбонизация, вероятно, изменит состав стран, производящих азотные удобрения. На данный момент крупнейшими странами-экспортерами азота являются Россия, Китай, Египет, Катар и Саудовская Аравия. За исключением Китая, который вынужден импортировать природный газ, все эти страны могут использовать свои собственные запасы природного газа. В будущем страны, которые, вероятно, выиграют от декарбонизации, - это те, которые генерируют много солнечной и ветровой энергии, а также имеют достаточные запасы земли и воды, такие как Канада и Соединенные Штаты.

"Невозможно обойти тот факт, что нам необходимо сделать сельскохозяйственный спрос на азот более устойчивым в будущем, как для достижения климатических целей, так и по соображениям продовольственной безопасности", - говорит Габриэлли. Война в Украине влияет на мировой продовольственный рынок не только потому, что страна обычно экспортирует много зерна, но и потому, что конфликт привел к росту цен на природный газ. Это, в свою очередь, привело к росту цен на азотные удобрения. Тем не менее, известно, что некоторые производители удобрений прекратили производство, по крайней мере временно, поскольку непомерная стоимость газа делает производство для них неэкономичным.