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농업 부문에서 상당량 배출되는 아산화질소도 오존층을 파괴합니다.

Pixabay의 사진 Rabe 이미지

아산화질소는 상온에서 무색의 불연성 가스이며 일반적으로 웃음 가스 또는 니트로(NOS)로 알려져 있습니다. 아산화질소는 환경에서 자연적으로 생성되는 가스이며 기후 균형에 중요하지만 여러 응용 분야를 위해 산업적으로 생성될 수도 있습니다. 질소는 육상 생물에 가장 중요한 원자 중 하나이며 여러 분자 구조에 존재합니다. 질소(N) 원소는 대기와 질소 순환과 같은 자연 순환의 매우 중요한 부분이기도 합니다.

아산화질소(N2O)

2개의 질소 원자와 1개의 산소인 아산화질소로 형성되며 산업계에서 다음과 같이 사용됩니다.

• 로켓 엔진의 산화제;
• 엔진의 연료 연소 최적화(니트로);
• 에어로졸 추진제;
• 마취제(주로 치과 분야에서 웃음 가스로 알려짐).

자연에서 대기에 존재하는 질소는 식물에 의해 포획되어 암모니아로 전환되어 토양에 축적되어 나중에 식물이 사용합니다. 이 과정을 질소 고정이라고 합니다. 토양에 퇴적된 암모니아는 질산화 과정을 거쳐 질산염이 될 수 있습니다. 토양에 존재하는 미생물은 이러한 퇴적된 질산염을 탈질소 과정을 통해 기체 질소(N2)와 아산화질소(N2O)로 변환시켜 대기로 방출할 수 있습니다.

온실 가스

다음은 온실 효과 증가에 가장 큰 기여를 하는 가스로 간주됩니다.

• 이산화탄소(CO2);
• 수증기(H2Ov);
• 메탄(CH4);
• 아산화질소(N2O);
• CFC(CFxCly).

CO2는 대기 중 농도가 높고 지구 온난화에 미치는 영향이 크기 때문에 많이 언급되지만 나열된 다른 가스의 배출도 매우 우려스럽습니다. 대기 중 아산화질소의 농도는 점점 더 우려되고 있으며 배출량을 줄이기 위해 필요한 조치를 취하고 있습니다.

대기에 대한 과잉 아산화질소의 영향

자연의 모든 것과 마찬가지로 무언가의 과잉은 시스템의 균형과 안정성, 심지어 전체 행성을 바꿀 수 있습니다. 잠재적으로 온실 효과를 일으키는 것으로 간주되는 것과 같은 과도한 가스는 전지구적 비율의 영향의 한 예입니다.

산업화와 문명의 그룹화로 인해 식량 생산, 특히 동물 사료 제조를 위한 곡물 생산과 같은 농업의 큰 성장을 촉진하는 것과 같이 대규모로 충족되어야 하는 요구 사항이 발생했습니다(이 주제에 대해 자세히 알아보기 기사: 육류 소비를 위한 집중적인 축산업은 환경과 소비자 건강에 영향을 미칩니다." 이러한 요구가 충족됨에 따라 많은 가스가 생성되고 엄청난 비율로 대기 중으로 방출되어 대기 중에 축적되고 여러 지구 주기가 변경되었습니다. , 또한 행성의 평균 온도에 영향을 미칩니다. 이러한 가스 중 하나는 아산화질소입니다.

아산화질소(N2O)는 이산화탄소(CO2)보다 훨씬 적은 비율로 존재하지만 그 효과는 훨씬 큽니다. 대류권에서의 존재는 불활성이어서 열 에너지 흡수에만 기여하지만, 성층권에 존재하면 오존층을 분해합니다. 아산화질소는 CO2보다 약 300배 더 큰 대기 열을 유지하는 성질을 가지고 있습니다. 즉, 아산화질소 1분자는 대기 중의 CO2 300분자와 같습니다. 아산화질소는 또한 오존층에 영향을 주어 분해에 기여하며 자연 분해되기 전에 100년 이상 동안 대기에 남아 있습니다. 인간은 1년 동안 5.3테라그램(Tg)의 아산화질소를 배출하는 것으로 추정됩니다(1Tg는 10억 kg에 해당).

배출원

2013년 11월, 유엔 환경 계획(UNEP)은 아산화질소와 그것이 지구의 기후와 오존층에 미치는 영향에 대한 보고서를 발표했습니다. 보고서에 따르면 아산화질소는 인간 활동에 의해 배출되는 세 번째 가스로 지구 온난화에 가장 크게 기여하며 오존층 파괴에 가장 큰 영향을 미치는 가스입니다. 수행된 연구를 바탕으로 극지방의 얼음 기둥에 갇힌 기포에 존재하는 가스의 농도를 분석하여 현재 CO2(백만분율 - ppm) 및 N2O(백만분율 - ppb) 농도와 비교했습니다. 시간이 지남에 따라 이러한 가스의 증가를 보여주는 그래프가 표시됩니다.

출처: N2O 그리기 / unep.org

18세기부터 산업혁명 직후인 CO2와 N2O의 농도가 크게 증가한 것을 볼 수 있다. 보고서는 인간의 아산화질소 배출의 주요 원인을 농업, 산업 및 화석 연료, 바이오매스 연소, 하수 및 양식업으로 지적하고 있으며 마지막 세 가지 배출원의 합계는 농업에서 배출되는 아산화질소 양에 미치지 못합니다.

출처: N2O 그리기 / unep.org

부문별 N2O 배출 문제

농업

식품 생산에 필수적인 질소는 효소, 비타민, 아미노산, 심지어 DNA와 같은 분자 구조에 필수적인 요소입니다. 비료를 통해 농업에 질소를 추가하면 작물의 수확량이 가속화되고 증가하지만 이로 인해 N2O도 배출됩니다. 토양에 적용되는 질소의 약 1%가 N2O를 직접 방출하는 것으로 추정됩니다. 1%가 적은 것 같지만, 전 세계 농업이 차지하는 면적과 연간 비료 사용량을 생각하면 그리 적은 양은 아닐 것입니다.

아산화질소를 가장 많이 배출하는 부문 중 농업은 연간 배출량의 주요 원인으로 전체 배출량의 약 66%입니다. 이 부문의 경우, 비료 사용으로 인한 직접적인 N2O 배출량뿐만 아니라 합성 비료, 동물 분뇨, 목초지에서 사육되는 동물, 침출 및 분뇨 관리의 생산 과정에서 발생하는 직간접적인 배출량도 고려됩니다.

비료 및 분뇨의 적용 및 취급에 대한 몇 가지 조치는 이러한 영향을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

• 비료/거름 분배 메커니즘을 정기적으로 테스트하여 적용이 정확한지 확인하십시오.
• 비료/거름을 살포하는 사람이 필요한 만큼만 살포하도록 잘 훈련되었는지 확인하십시오.
• 필요한 양의 비료를 설정하기 위해 토양 분석을 수행하십시오.
• 무기질 비료보다 더 많은 분뇨를 사용하십시오.
• 분뇨 처리 기술의 개선.

비료에 의한 N2O 배출 저감 및 효율적인 대안에 대한 연구는 지속적으로 수행되어야 한다.

산업 및 화석 연료

산업 및 차량의 아산화질소 배출은 두 가지 주요 수단을 통해 발생합니다. 첫 번째는 균질 반응이라고 하며, 동일한 물리적 상태의 반응물이 반응할 때 기체 연료의 연소(기체와 기체)가 그 예입니다. 기체 연료에는 연소 과정에서 가열하는 동안 생성될 수 있는 질소 화합물이 존재할 수 있습니다. 두 번째 매질은 불균일 반응에서 발생하며, 하나는 기체이고 다른 하나는 고체일 수 있습니다. 예를 들어 석탄 연소 또는 자동차 촉매에서 N2O의 형성이 있습니다.

비행기, 경량 차량 및 대형 차량은 아산화질소 배출의 주요 원인입니다. 비록 그들이 제공하는 CO2 배출에 비해 그다지 관련이 없긴 하지만 – 이것이 걱정스러운 사실이 아닌 것에 대한 변명은 아닙니다.

산업계에서 아산화질소 배출의 두 가지 주요 원인은 질산(HNO3)과 아디프산 생산입니다. 질산은 비료 생산, 아디프산 생산, 폭발물 생산 및 철금속 가공의 핵심 성분으로 간주됩니다. 세계에서 생산되는 모든 질산의 80% 이상이 질산암모늄 및 질산암모늄 이중염 생산에 사용됩니다. 질산암모늄의 3/4은 비료 생산에 사용됩니다. HNO3가 합성되는 동안 N2O는 소량의 반응 생성물로 형성될 수 있습니다(생성된 HNO3 1kg당 N2O 약 5g).

아디프산(C6H10O4) 생산은 산업 부문에서 두 번째로 큰 아산화질소 배출원입니다. 생산되는 아디프산의 대부분은 나일론 생산을 위한 것이며 카펫, 의류, 타이어, 염료 및 살충제 제조에도 사용됩니다.

아디프산 생산에서 N2O 배출량을 줄이는 기술이 현재 이용 가능하여 배출량의 약 90%를 줄이며 아디프산 생산 산업의 약 70%가 이 기술을 적용합니다.

바이오매스 연소

바이오매스 연소는 에너지 생산을 위해 동식물의 모든 물질을 태우는 것을 의미합니다. 요컨대, 바이오매스 연소는 자연적으로 또는 인간의 원인에 의해 주로 숲/숲 및 심지어 숯을 연소시키는 것을 의미합니다.

바이오매스 연소에 의해 배출되는 평균 N2O 양은 연소되는 물질의 조성에 따라 크게 달라지므로 측정이 어렵지만, 아산화질소 배출의 세 번째로 큰 배출원으로 추정된다. 대부분의 산불은 번개와 같은 자연적 요인에 의해 발생하지만 인간의 행동도 상당히 우려스럽습니다. 농업과 가축을 발전시키기 위해 산림을 태우는 것은 산림, 자연 초목 또는 농작물 잔여물을 태우는 것에 대한 가장 큰 우려 중 하나입니다. 화재는 지역을 청소하는 저렴하고 쉬운 방법이기 때문입니다.

또 다른 걱정스러운 사실은 나무와 숯을 사용하여 심지어 스토브에서도 에너지를 생성한다는 것입니다. 세계의 많은 지역에서 식물성 에너지의 생성과 요리와 같은 특정 작업에 대한 사용은 매우 일반적이며 N2O 배출에 영향을 줄 수 있습니다.

연소를 줄이고 방지하기 위한 법률과 조치는 자연적인 원인에 의한 화재를 통제하고 진압할 뿐만 아니라 농업 또는 기타 유형의 목적을 위해 연소에서 "깨끗한" 지역으로의 N2O 배출을 줄이기 위해 취해져야 합니다. 2015년 11월 Chapada Diamantina에서 발생한 것처럼 광대한 지역을 황폐화시킬 수 있는 통제되지 않은 화염의 위험을 제공하는 것 외에도 오염 및 독성 가스의 방출은 이 지역에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

에너지 생산 및 스토브에서 바이오매스 사용으로 인한 배출에 대해 더 적은 연료를 사용하고 효율성을 높이는 기술의 개선과 석유에서 나오는 가스와 같이 N2O를 방출하지 않는 연료로 대체하는 것이 N2O를 줄이기 위한 실행 가능한 대안입니다. 이러한 소스에서 방출. 석유 가스로 대체하는 경우 CO2 배출 문제가 발생합니다. 미친 것처럼 보일 수 있지만 N2O 대신 CO2를 방출하는 것이 좋습니다. N2O는 오존층 파괴에 기여할뿐만 아니라 , CO2보다 300배 더 큰 보온력을 가지고 있습니다.

하수 및 양식업

하수와 양식업은 인간에 의해 발생하는 총 아산화질소 배출량의 4%를 차지합니다. 다른 소스에 비해 작아 보일 수 있지만 여전히 우려의 소스입니다. 하수는 환경에 영향을 미치지 않도록 처리해야 하는 오염 물질 및 불순물을 포함하는 모든 버려지는 물을 특징으로 합니다. 양식업은 판매용 물고기를 기르는 것과 같이 제한되거나 통제된 공간에서 수생 유기체를 재배하는 것입니다.

하수에 의한 아산화질소 배출은 하수 처리 중 화학적 및 생물학적 변형과 하수에 존재하는 박테리아에 의해 하수에 고농도로 함유된 질소가 N2O로 변환되는 지류로의 처분에 의해 두 가지 방식으로 발생할 수 있습니다. 지류.

비료의 문제와 마찬가지로 양식업에서도 문제는 적용되는 질소의 양이 많다는 것입니다. 경작된 유기체의 식품에 존재하는 다량의 질소는 물에 존재하는 높은 수준의 질소로 이어지며, 이는 화학적 및/또는 생물학적 과정에 의해 아산화질소로 변환됩니다.

폐수에서 배출되는 아산화질소를 줄이는 주요 수단은 처리 기술로 희석된 질소의 양을 줄이는 것입니다. 일부 기술은 희석된 질소를 최대 80%까지 제거할 수 있습니다. 아산화질소 배출을 줄이기 위해 처리 정책과 기술을 채택하고 수립해야 합니다.

다음과 같은 양식 기술을 적용하여 N2O 배출을 최소화할 수도 있습니다. 농업과 양식 시스템의 통합, 영양분이 풍부한 물을 작물과 수생 식물에 재사용하여 수생 생물을 먹여 살리기, 한 종의 폐기물이 다음과 같은 역할을 하는 경우 수생 종 간의 통합 다른 사람을 위한 음식, 음식과 영양소의 수정 및 최적화, 배지에서 질소 희석을 최소화하는 것을 목표로 합니다.

아산화질소의 사용으로 인한 영향은 중요한 것, 즉 행성의 한계에 주의를 환기시킵니다. 이 주제를 더 잘 이해하려면 "행성의 한계는 무엇입니까?"라는 기사를 살펴보십시오.