Phát thải (I): Khí nhà kính và khí thải amoniac được tạo ra ở trang trại của chúng ta như thế nào?

Lượng phát thải amoniac (NH₃) từ ngành nông nghiệp tại Liên minh Châu Âu (EU) năm 2020 đạt tổng cộng 3,2 triệu tấn, chiếm 96,6% tổng lượng khí thải amoniac, trong đó 67% được ước tính là do quản lý chất thải chăn nuôi, giảm nhẹ 5% so với năm 2008. Trong khi tổng lượng phát thải khí nhà kính (GHG) ở EU giảm 27% trong giai đoạn 2008-2020 thì lượng phát thải của ngành nông nghiệp hầu như không thay đổi ở mức khoảng 465 triệu tấn CO₂ đương lượng/năm, chiếm 16,9% tổng tổng lượng phát thải vào năm 2020, trong đó khí methan (CH₄) chiếm 44,5% lượng phát thải này. Cần phải giảm lượng phát thải này để chống lại sự nóng lên toàn cầu và những ảnh hưởng của nó.

Tổng lượng nitơ và nitơ amoniac trong nước phân dễ đo lường, do đó dễ dàng ước lượng khối lượng dùng bón cho một khu đất theo nhu cầu của cây trồng và tuân thủ theo Chỉ thị Nitrat của Liên minh châu Âu. Tuy nhiên, nitơ dưới dạng khí amoniac (NH₃) hoặc nitơ oxit (N₂O) và metan (CH₄) không dễ đo lường, chúng giống như kẻ thù vô hình trước mắt chúng ta.

Chúng là kẻ thù vì động vật hít phải những loại khí này và bị ảnh hưởng nếu phân được trữ trong hố dưới sàn chuồng; vì nitơ bay hơi làm giảm hàm lượng phân bón và giá trị kinh tế của nước phân; vì khí thải CH₄ làm giảm khả năng sản xuất khí sinh học cho mục đích năng lượng và kinh tế; và vì những khí này có tác động tiêu cực đến môi trường, NH₃ và nitơ oxit tạo ra mưa axit, CH₄ gây ra hiệu ứng nhà kính gấp khoảng 25 lần so với CO₂, N₂O gây ra hiệu ứng nhà kính gấp khoảng 298 lần so với CO₂. Ngăn chặn sự phát thải NH₃, N₂O và CH₄ phải được đưa vào mục tiêu cải thiện việc quản lý phân chuồng.

Nguồn nitơ amoniac chính là urê, sau đó là quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ chứa protein. Nitơ amoniac được tìm thấy trong môi trường lỏng ở dạng ion hóa (NH₄⁺) và ở dạng NH₃. Trạng thái cân bằng NH₄⁺/NH₃ phụ thuộc vào độ pH và nhiệt độ; khi nhiệt độ hoặc pH tăng, trạng thái cân bằng sẽ dịch chuyển sang phải (như được chỉ ra trong Hình), tạo thành nhiều NH₃ hơn, là chất dễ bay hơi.

Nguồn gốc của CH₄ là quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ. Chất hữu cơ trong nước phân chứa càng nhiều chất rắn bay hơi (volatile solids) tiêu hóa được thì càng có thể tạo ra nhiều CH₄.

Khí thải thứ 3 là carbon dioxide (CO₂), loại khí này không được tính là khí nhà kính vì nó có nguồn gốc sinh học. Trong môi trường lỏng, khí này ở trạng thái cân bằng với bicarbonate (CO₃H^-), điều này giúp điều chỉnh độ pH của môi trường. Khi các proton (H⁺) tham gia vào các phản ứng ở trên tích tụ lại, độ pH có thể giảm xuống, nhưng trong trường hợp này, trạng thái cân bằng CO₂/CO₃H^- dịch chuyển sang trái và CO₂ thoát ra, giúp duy trì độ pH quanh mức trung tính hoặc cao hơn một chút. Điều này ảnh hưởng tiêu cực đến việc tiêu thụ axit nếu bạn muốn axit hóa nước phân để tránh phát thải NH₃.

Phát thải N₂O trực tiếp xảy ra do phản ứng oxy hóa amoni thành nitrit hoặc nitrat, hoặc khử chúng thành khí N₂. Những phản ứng này có thể xảy ra một cách có kiểm soát trong các hệ thống khử nitrat sinh học hoặc theo cách không được kiểm soát trên các bề mặt gồ ghề tiếp xúc với khí quyển (các hồ chứa có lớp vỏ tự nhiên, các đống chất rắn phân tách ra, v.v.). Trong số NH₃ bay hơi, 1% được coi là bị oxy hóa thành N₂O trong khí quyển (phát thải gián tiếp).