生产无碳排放的化肥

苏黎世联邦理工学院和卡内基科学研究所的研究人员展示了如何更可持续地生产氮肥。这不仅对于保护气候是必要的，对于减少对进口天然气的依赖和提高粮食安全也是必要的。

只有在土壤中施以氮、磷和钾肥，集约化农业才有可能。虽然磷和钾可以盐的形式开采，但氮肥必须从空气中的氮和氢中费力地生产出来。而且，氢气的生产非常耗能，目前需要大量的天然气或(如在中国)煤炭。除了具有相应的大量碳足迹外，氮肥生产还容易受到化石燃料市场价格冲击的影响。

苏黎世联邦理工学院可靠性与风险工程实验室高级科学家PaoloGabrielli与美国斯坦福卡内基科学研究所首席研究员LorenzoRosa合作，研究氮肥的各种碳中和生产方法。

在《环境研究快报》杂志发表的一项研究中，两位研究人员得出结论，氮生产的转变是可能的，而且这种转变也可能会增加粮食安全。然而，替代生产方法各有利弊。具体来说，这两位研究人员研究了三种选择：

像往常一样使用化石燃料生产必要的氢气，而不是将温室气体CO2排放到大气中，而是在生产工厂中捕获并永久储存在地下(碳捕获和储存，CSS)。这不仅需要用于捕获、运输和储存CO2的基础设施，还需要相应的更多能源。尽管如此，它还是一种比较有效的生产方法。然而，它对减少对化石燃料的依赖毫无作用。

通过电解水生产氢气实现肥料生产电气化。这需要的能源平均是当今使用天然气的生产方法的25倍，因此需要大量来自碳中性来源的电力。对于太阳能或风能丰富的国家来说，这可能是一种有吸引力的方法。然而，考虑到以气候行动的名义使其他经济部门电气化的计划，这可能会导致对可持续电力的竞争。

从生物质中合成用于肥料生产的氢气。由于它需要大量耕地和水，具有讽刺意味的是，这种生产方法与粮食生产竞争。但该研究的作者指出，如果原料是废生物质——例如农作物残茬——是有道理的。

科学家们表示，成功的关键可能是结合所有这些方法，具体取决于国家、当地的具体条件和可用资源。无论如何，农业必须更有效地利用氮肥，正如罗莎强调的那样，“解决过度施肥和食物浪费等问题也是减少肥料需求的一种方式。”

印度和中国处于危险之中

在这项研究中，科学家们还试图确定世界上哪些国家由于依赖氮气或天然气进口而目前粮食安全面临特别大的风险。以下国家特别容易受到天然气和氮气市场价格冲击的影响：印度、巴西、中国、法国、土耳其和德国。

在许多情况下，化肥生产脱碳会降低这种脆弱性并提高粮食安全。至少，通过可再生能源或生物质的使用实现电气化将减少对天然气进口的依赖。然而，研究人员正确看待这一点：所有生产氮肥的碳中性方法都比目前使用化石燃料的方法消耗更多能源。换句话说，它们仍然容易受到某些价格冲击的影响——不是直接在天然气市场上，而是在电力市场上。

氮生产商面临变革

科学家们在他们的研究中指出，脱碳可能会改变生产氮肥的国家的阵容。目前，最大的氮出口国是俄罗斯、中国、埃及、卡塔尔和沙特阿拉伯。除了中国需要进口天然气外，这些国家都可以动用自己的天然气储备。

未来，有可能从脱碳中获益的国家是那些太阳能和风能发电量大，土地和水资源储备充足的国家，例如加拿大和美国。

“为了实现气候目标和粮食安全，我们需要在未来使农业对氮的需求更具可持续性，这一事实无可回避，”加布里埃利说。乌克兰战争正在影响全球粮食市场，不仅因为该国通常出口大量谷物，还因为冲突推高了天然气价格。

这反过来又导致氮肥价格上涨。即便如此，一些化肥生产商已经停产，至少是暂时停产，因为天然气成本过高使得生产对他们来说不合算。