Le protoxyde d'azote, émis en quantités importantes par le secteur agricole, détruit également la couche d'ozone

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Le protoxyde d'azote est un gaz incolore et ininflammable à température ambiante et est largement connu sous le nom de gaz hilarant ou nitro (NOS). Le protoxyde d'azote est un gaz produit naturellement dans l'environnement et important pour l'équilibre climatique, cependant, il peut également être produit industriellement pour plusieurs applications. L'azote est l'un des atomes les plus importants de la vie terrestre et est présent dans plusieurs structures moléculaires. L'élément azote (N) est également une partie très importante de l'atmosphère et des cycles naturels, comme le cycle de l'azote.

Protoxyde d'azote (N2O)

Formé de deux atomes d'azote et d'un oxygène, le protoxyde d'azote est utilisé par l'industrie comme:

Agent oxydant dans les moteurs de fusée;
Optimiseur dans la combustion de carburant dans les moteurs (nitro);
Propulseur d'aérosol;
Anesthésique (principalement dans le domaine dentaire, connu sous le nom de gaz hilarant).

Dans la nature, l'azote présent dans l'atmosphère est capté par les plantes et converti en ammoniac, qui sera déposé dans le sol et utilisé plus tard par les plantes. Ce processus s'appelle la fixation de l'azote. L'ammoniac déposé dans le sol peut subir des processus de nitrification, entraînant la formation de nitrates. Les microorganismes présents dans le sol peuvent transformer ces nitrates déposés en azote gazeux (N2) et protoxyde d'azote (N2O), grâce au processus de dénitrification, les rejetant ainsi dans l'atmosphère.

Gaz à effet de serre

Sont considérés comme les gaz les plus contributifs à l'augmentation de l'effet de serre:

Dioxyde de carbone (CO2);
Vapeur d'eau (H2Ov);
Méthane (CH4);
Protoxyde d'azote (N2O);
CFC (CFxCly).

On parle beaucoup du CO2 en raison de sa forte concentration dans l'atmosphère et de son plus grand impact sur le réchauffement climatique, mais l'émission des autres gaz répertoriés est également très préoccupante. La concentration de protoxyde d'azote dans l'atmosphère devient de plus en plus préoccupante, rendant nécessaire des actions pour réduire ses émissions.

Impacts d'un excès d'oxyde nitreux dans l'atmosphère

Comme tout dans la nature, l'excès de quelque chose peut altérer l'équilibre et la stabilité d'un système, et même de la planète dans son ensemble. L'excès de gaz, tels que ceux considérés comme potentiellement à l'origine de l'effet de serre, est un exemple d'impact en proportions globales.

L'industrialisation et le regroupement de civilisation dans les villes générés doivent être satisfaits à grande échelle, comme la production alimentaire, favorisant une forte croissance de l'agriculture, principalement dans la production de céréales pour la fabrication d'aliments pour animaux (en savoir plus sur ce sujet dans matière: l'élevage intensif d'animaux destinés à la consommation de viande a des impacts sur l'environnement et la santé des consommateurs. »). Ces besoins étant satisfaits, de nombreux gaz ont commencé à être produits et émis dans l'atmosphère dans des proportions gigantesques, provoquant ainsi leur accumulation dans l'atmosphère et modification de plusieurs cycles terrestres, impactant également la température moyenne de la planète, l'un de ces gaz étant le protoxyde d'azote.

Le protoxyde d'azote (N2O) est présent dans des proportions beaucoup plus faibles que le dioxyde de carbone (CO2), mais son effet est beaucoup plus important. Sa présence dans la troposphère est inerte, ne contribuant qu'à l'absorption de l'énergie thermique, cependant, lorsqu'elle est présente dans la stratosphère, elle dégrade la couche d'ozone. Le protoxyde d'azote a la propriété de retenir la chaleur dans l'atmosphère environ 300 fois plus élevée que le CO2, c'est-à-dire qu'une molécule de protoxyde d'azote équivaut à 300 molécules de CO2 dans l'atmosphère. Le protoxyde d'azote a également un impact sur la couche d'ozone, contribuant à sa dégradation, puisqu'il reste plus de 100 ans dans l'atmosphère jusqu'à ce qu'il se dégrade naturellement. On estime que 5,3 téragrammes (Tg) d'oxyde nitreux sont émis par l'homme en un an (1 Tg équivaut à 1 milliard de kg).

Sources d'émission

En novembre 2013, le Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE) a publié un rapport sur le protoxyde d'azote et son impact sur le climat de la planète et la couche d'ozone. Selon le rapport, l'oxyde nitreux est le troisième gaz, émis par les activités humaines, qui contribue le plus au réchauffement climatique, et le gaz ayant le plus grand effet sur la dégradation de la couche d'ozone. À partir des recherches effectuées, analysant la concentration de gaz présents dans les bulles d'air emprisonnées dans les colonnes de glace aux pôles, une comparaison a été faite avec la concentration actuelle de CO2 (parties par million - ppm) et N2O (parties par milliard - ppb) et un graphique est dessiné montrant l'augmentation de ces gaz au fil du temps.

Source: Drawing Down N2O / unep.org

Il y a une forte augmentation des concentrations de CO2 et N2O après la période de la révolution industrielle, à partir du XVIIIe siècle. Le rapport souligne les principales sources humaines d'émissions de protoxyde d'azote comme l'agriculture, l'industrie et les combustibles fossiles, la combustion de la biomasse, les eaux usées et l'aquaculture, et la somme des trois dernières sources n'atteint pas la quantité d'émissions de protoxyde d'azote par l'agriculture.

Source: Drawing Down N2O / unep.org

Le problème des émissions de N2O dans chaque secteur

Agriculture

L'azote, essentiel à la production alimentaire, est un élément vital pour les structures moléculaires telles que les enzymes, les vitamines, les acides aminés et même pour l'ADN. L'ajout d'azote dans l'agriculture, via les engrais, accélère et augmente le rendement des plantations, mais cela provoque également l'émission de N2O. On estime qu'environ 1% de l'azote appliqué sur un sol émettra directement du N2O. 1% semble peu, mais si vous pensez à la superficie totale que l'agriculture occupe dans le monde et à la quantité d'engrais utilisée chaque année, ce n'est peut-être pas si peu.

Parmi les secteurs qui émettent le plus de protoxyde d'azote, l'agriculture est le principal responsable des émissions annuelles: environ 66% des émissions totales. Pour ce secteur, non seulement les émissions directes de N2O provenant de l'application d'engrais sont comptabilisées, mais aussi les émissions directes et indirectes du processus de production d'engrais synthétiques, de fumier animal, d'animaux élevés dans les pâturages, de lessivage et de gestion du fumier.

Certaines mesures dans l'application et la manipulation des engrais et du fumier peuvent aider à réduire cet impact:

Tester régulièrement le mécanisme de distribution d'engrais / fumier pour s'assurer que l'application est exacte;
S'assurer que la personne qui applique l'engrais / fumier est bien formée pour appliquer le minimum nécessaire;
Effectuer une analyse du sol pour établir la quantité d'engrais requise;
Essayez d'utiliser plus de fumier que d'engrais inorganiques;
Amélioration des techniques de manutention du fumier.

Des recherches pour réduire les émissions de N2O par des engrais et des moyens alternatifs efficaces doivent être menées en permanence.

Combustibles fossiles et industrie

Les émissions de protoxyde d'azote par les industries et les véhicules se produisent par deux moyens principaux. La première est appelée réaction homogène, c'est-à-dire lorsque des réactifs du même état physique réagissent, un exemple est la combustion de carburant gazeux (gaz avec gaz). Dans le carburant gazeux, il peut y avoir la présence de composés azotés, qui peuvent être générés pendant le chauffage dans le processus de combustion. Le deuxième milieu se produit dans des réactions hétérogènes, où l'un peut être un gaz et l'autre un solide, un exemple est la combustion du charbon ou la formation de N2O dans les catalyseurs automobiles.

Les avions, les véhicules légers et lourds sont les principales sources d'émissions de protoxyde d'azote, même s'ils ne sont pas très pertinents par rapport aux émissions de CO2 qu'ils fournissent - ce n'est pas une excuse pour ne pas être un fait inquiétant.

Dans l'industrie, les deux principales sources d'émissions d'oxyde nitreux sont la production d'acide nitrique (HNO3) et d'acide adipique. L'acide nitrique est un ingrédient clé pour la production d'engrais, pour la production d'acide adipique, d'explosifs et également pour le traitement des métaux ferreux. Plus de 80% de tout l'acide nitrique produit dans le monde est destiné à la production de nitrate d'ammonium et de sel double de nitrate de calcium et d'ammonium - les 3/4 du nitrate d'ammonium reviennent à la production d'engrais. Au cours de la synthèse de HNO3, N2O peut être formé comme un produit de réaction mineur (environ 5 g de N2O pour 1 kg de HNO3 produit).

La production d'acide adipique (C6H10O4) est la deuxième source d'émissions d'oxyde nitreux dans le secteur industriel. La grande majorité de l'acide adipique produit est destiné à la production de nylon, et est également utilisé dans la fabrication de tapis, vêtements, pneus, colorants et insecticides.

Les technologies de réduction des émissions de N2O dans la production d'acide adipique sont déjà disponibles, diminuant d'environ 90% des émissions, et environ 70% des industries de production d'acide adipique appliquent ces technologies.

Brûlage de la biomasse

Brûler de la biomasse signifie brûler toute matière d'origine végétale ou animale pour la production d'énergie. En résumé, la combustion de la biomasse fait référence à la combustion naturelle, ou pour des raisons humaines, principalement des forêts / bois et même du charbon de bois.

La quantité moyenne de N2O émise par la combustion de la biomasse est difficile à mesurer, car elle dépend beaucoup de la composition du matériau brûlé, mais on estime qu'il s'agit de la troisième source d'émission d'oxyde nitreux. La plupart des incendies de forêt sont causés par des facteurs naturels, tels que la foudre, mais l'action humaine est également assez préoccupante. Le brûlage des forêts pour faire progresser l'agriculture et l'élevage est l'une des plus grandes préoccupations concernant le brûlage des forêts, de la végétation naturelle ou même des restes de cultures, car le feu est un moyen peu coûteux et facile de dégager des zones.

Un autre fait inquiétant est l'utilisation du bois et du charbon pour produire de l'énergie et même des poêles. Dans de nombreuses régions du monde, la production d'énergie végétale et l'utilisation pour certaines tâches, telles que la cuisine, sont très courantes et peuvent également être une source d'impact dans l'émission de N2O.

Des lois et des mesures visant à réduire et à empêcher le brûlage doivent être prises pour réduire les émissions de N2O provenant de la combustion pour le "nettoyage" des zones, pour l'agriculture ou tout autre type de fin, ainsi que pour le contrôle et la lutte contre les incendies. pour des causes naturelles. En plus d'offrir le risque de flammes incontrôlées, qui peuvent dévaster une immense zone, comme cela s'est produit en novembre 2015 à Chapada Diamantina, l'émission de gaz polluants et toxiques peut fortement affecter la région.

En ce qui concerne les émissions liées à l'utilisation de la biomasse pour la production d'énergie et dans les foyers, l'amélioration des techniques permettant d'utiliser moins de carburant, avec une plus grande efficacité et la substitution par des carburants qui ne rejettent pas de N2O, comme les gaz de pétrole, sont des alternatives viables pour la réduction des émissions de N2O par ces sources. Dans le cas du remplacement par des gaz issus du pétrole, nous aurons le problème des émissions de CO2 - cela peut paraître fou, mais il vaut mieux libérer du CO2 au lieu du N2O, car le N2O, en plus de contribuer à la destruction de la couche d'ozone, a un pouvoir calorifique 300 fois supérieur au CO2.

Égouts et aquaculture

Ensemble, les eaux usées et l'aquaculture représentent 4% des émissions totales d'oxyde nitreux causées par l'homme. Cela peut sembler peu comparé aux autres sources, mais elles sont néanmoins inquiétantes. Les eaux usées sont caractérisées comme toute eau rejetée qui contient des contaminants et des impuretés qui doivent être traités afin de ne pas avoir d'impact sur l'environnement. L'aquaculture est la culture d'organismes aquatiques dans des espaces confinés ou contrôlés, comme l'élevage de poissons pour la commercialisation.

L'émission de protoxyde d'azote par les eaux usées peut se produire par deux moyens: par transformation chimique et biologique lors du traitement des eaux usées et par rejet des eaux usées dans les affluents, dans lesquels l'azote, contenu en forte concentration dans les eaux usées, sera transformé en N2O par les bactéries présents dans les affluents.

Comme pour le problème des engrais, en aquaculture, le problème est la quantité élevée d'azote appliquée. La grande quantité d'azote présente dans la nourriture des organismes cultivés se traduit par des niveaux élevés d'azote présents dans l'eau, qui seront transformés en protoxyde d'azote par des processus chimiques et / ou biologiques.

Les principaux moyens de réduction de l'oxyde nitreux émis par les effluents sont les techniques de traitement, réduisant ainsi la quantité d'azote dilué. Certaines techniques peuvent même éliminer environ 80% de l'azote dilué. Des politiques et des technologies de traitement doivent être adoptées et établies pour réduire les émissions de protoxyde d'azote.

Des techniques d'aquaculture peuvent également être appliquées pour minimiser les émissions de N2O, qui peuvent être: l'intégration du système agricole et aquacole, la réutilisation de l'eau riche en nutriments pour irriguer la plantation et les plantes aquatiques pour nourrir l'agriculture aquatique, l'intégration entre les espèces aquatiques, lorsque les déchets d'une espèce servent de nourriture à l'autre, modification et optimisation des aliments et des nutriments, visant à minimiser la dilution de l'azote dans le milieu.

Les impacts causés par l'utilisation de l'oxyde nitreux attirent l'attention sur quelque chose d'important: les limites planétaires. Pour mieux comprendre ce thème, jetez un œil à l'article: "Quelles sont les limites planétaires?"