Synteettisen typpilannoitteen historia ja tulevaisuus

[Heikki Jokipii]

Kolme syytä, miksi aloitan ihan oman triidin typpilannoitteelle:

1. Huomasin äsken, ettei meillä sellaista ole, vaikka oma keskustelunsa on sekä fosforille että kaliumille

(tietysti typpilannoite on täällä keskustelussa mainittu useita kertoja, ja ihan sitä koskevia uutisia on useita)

2. Huomasin, että typpilannoitteen historia on maailmalla kerrottu osin ja usein väärin!

Kyllä, ja se on yllättävää. Mutta näin on. Palaan tähän myöhemmin omalla puheenvuorolla. …

3. Typpilannoitteen tulevaisuus muuttuu koko ajan

Ja olennainen piirre siinä on, että näyttää yhä todennäköisemmältä, että synteettinen typpilannoite lakkaa kohta olemasta fossiilinen lannoite!

Uusin keksintö, joka tätä lupaa, on tämä, tässä kolmena linkkinä:
 
Tieteen läpimurto: kasveista vetyä!
Läpimurto: kasvit valjastettiin vedyn tuotantoon
Breakthrough in hydrogen fuel production could revolutionize alternative energy market

(Varsinkin tuo kolmas artikkeli ottaa pääosiin esiin vedyn mahdollisen käytön liikenteen polttoaineena, mutta mainitsee sekin lannoitteet. Siinä muuten tuodaan esille, miten ko. prosessissa voidaan käyttää hyväksi hukkalämpöä. Nämä tulevat vety- ja lannoitetehtaat ydinvoimaloiden viereen?)

[Heikki Jokipii]

Luvattu historiaan sukeltaminen. Tämä seuraava oli ainakin itselleni yllätys. Vaikkei asiaa mitenkään ole maailmassa salattukaan.

Se tieto, jonka olin saanut (tai säilyttänyt) myös lukiessani Vaclav Smilin kirjaa Enriching the Earth, että Haber-Bosch-menetelmä olisi ollut ensimmäinen synteettisen typpilainoitteen valmistusmenetelmä, osoittautui tiedokkeeksi.

Ensimmäisenä asian - kuten tätä englanninkielisestä wiki-artikkelista selviää - keksivät norjalaiset:

Birkeland–Eyde process

Tällä menetelmällä myös lähdettiin tuotantoon jo v. 1905. Ja nykyinen Yara on jollakin tavalla siellä uraa uurtaneen firman perillinen, vaikka nykyisin käyttääkin Haber-Bosch-menetelmää.

Vaikka Smil ei siis tuonut tätä kirjassaan kunnolla esille, niin vaikkapa tässä hänen artikkelissaan se kerrotaan:

Nitrogen cycle and world food production

Sen taulukosta 1 (Table 1.)  voi lukea, miten Haber-Bosch-menetelmä vasta 1930-luvulla syrjäytti muut menetelmät, tehokkaampana.

Siten Haber-Boscin keksintö suhteessa Birkeland–Eyden keksintöön on vähän niin kuin Wattin höyrykone suhteessa Newcomenin koneeseen.

Historian ironiaa on, jos - niin kuin luulen - typpilannoitteesta tulee tulevaisuudessa fossiilitonta, että se myös alkoi sellaisena!

(Toisaalta myös ensimmäinen kaupallinen ydinreaktori oli hyötöreaktori, eli "fast breeder" ...)

[Heikki Jokipii]

Tuli välittömästi mieleen, että tuo vertaus hyötöreaktoreihin voi muuten olla siinäkin mielessä - valitettavasti - toimiva vertaus, että hyötöreaktoreita ei nyt kehitetä mm. siitä syystä, että nykyisen kaltaisiin ydinvoimaloihin vielä riittää halpaa uraanin isotooppia U-235. Samaan tapaan nyt liuskekaasun myötä tilanne voi olla sellainen, että halpaa maakaasua riittää pitkään, eikä lannoitevalmistajilla ole välitöntä syytä etsiä vaihtoehtoista tuotantotapaa typpilannoitteelle.

Ellei sitten esim. tuo edellä mainittu keksintö tee vedystä tosi halpaa.
 
 

[Heikki Jokipii]

Tällainen keksintö olisi kuulemma jo tehty itse Haber-Bosch-prosessissa …

Haber-Bosch power consumption slashed

… eli energiankulutusta siinä olisi "leikattu", "väittävät japanilaiset tiedemiehet".
 
Kuinka paljon? Jos menee alkuperäiseen raporttiin, siellä on hiukan epämääräisesti sanottu, että tarvittaisiin n. puolet reaktion "aktivointienergiasta". Jos se tarkoittaa (noin, suurin piirtein. lähelle) koko energiankulutusta, niin olisi kyse aikamoisesta säästöstä. Jos nyt tähän typpilannoitteen valmistukseen menee 1% maailman energiankulutuksesta, uudella menetelmällä se olisi siis enää n. 0,5%.
 
Onko enempää tietoa tästä, tai tietoa muista vastaavista tuloksista?

[Heikki Jokipii]

Prosessissa tarvittavan vedyn valmistamiseen, kilpailukykyiseen hintaan, olisi kuulemma kehitetty taas uusi nanoteknologiaan perustuva menetelmä. Vielä tämä on vasta keksintö, ei tuotannossa:

Rutgers Chemists Develop Technology to Produce Clean-Burning Hydrogen Fuel

Ja "clean" tuossa - nykyiseen tapaan - tarkoittaa, ettei fossiilisia aineita asiassa lainkaan tarvita.

Electrolysis, however, could produce hydrogen using electricity generated by renewable sources, such as solar, wind and hydro energy, or by carbon-neutral sources, such as nuclear energy.

[Heikki Jokipii]

Tämä artikkeli kaipaa ja vaatii - luonnon takia - typen tehokkaampaa käyttöä tulevaisuudessa:

To save Earth, better nitrogen use on a hungrier planet must be addressed

Mutta synteettiselle typelle se ei näe eikä ehdota vaihtoehtoa: noin puolet maailman väestöstä kun jo nyt ruokitaan sen avulla.

Oli aika taas muistuttaa tästä faktasta. Tai molemmista faktoista, liika typpi on myös riski. Summary:

More than half of the world's population is nourished by food grown with fertilizers containing synthetic nitrogen, which is needed for large crop yields but causes significant pollution. With the global population expected to increase by two to three billion people by 2050, more efficient usage of fertilizer is needed on a global scale, researchers urge.

***

Tietysti tuosta tulee mieleen myös se ikivanha vitsi, jossa kiinalaiselta diplomaatilta cocktail partyilla kysyttiin (ja saatiin vastaus):

- What about elections in your country?
- Yes, that's just oul ploblem. We have too many elections evely day!

***

Jos ongelmia voi tulla jo kasvavan väestön ruokkimisessa, ongelmia voi varmasti tulla biopolttoaineiden kanssa, jonka tämä niille myönteinen (?) sivu myöntää (ja typestä tässä on suurelta osin kyse):

http://biofuel.org.uk/fertilizer.html

The use of fertilizer is essential if we are to produce enough biofuel to meet our energy needs. Unfortunately, fertilizer has a number of drawbacks and can seriously impact the environment. The scale on which fertilizer would be needed to produce biofuel is astronomical, with some estimates suggesting that it could be as much as three to four times the quantity used in producing food

[Heikki Jokipii]

Tämä MTT:n tutkimus on meiltä jäänyt käsittelemättä. Mutta tehdään se, käsitellään:

Palkokasvit ovat merkittäviä fossiilisen energian ja väkilannoitteiden säästämisessä

[Matti Pekkarinen]

Ihan vilkaisulta: tämähän on taaaas todiste maajussien pohjattomasta hölmöydestä: rahaa humputellaan apulantaan mielettömästi.  Millä ihmeellä heidät saatiin harhautetuksi silloin 50- -60-luvulla. ? Jokos se Monsanto oli silloin.
(venäläinen sanonta: kun syyllinen tiedetään, niin kyllä hänelle rikos löytyy)

[Matti Pekkarinen]

"Nurmipalkokasvien käyttö rehuntuotannossa, viherlannoituksen ja aluskasvien hyödyntäminen typen tuottamisessa sekä palkoviljojen täysimittainen viljely voivat vähentää väkilannoitetypen käyttöä 60 % nykyisestä." MUTTA: Viherlannoituksen ja aluskasvien käyttö vaatii paljon lisää peltoa, mikä on jätetty huomiotta? ....        "pALKOVILJOJEN TÄYSIMITTAINEN VILJELY" ohoh...  ei kai leipää ja pottumuusia voida herneestä tehdä?  Pitänee etsiä, mitä tuolla tarkoitetaan.

"Lisäksi mm. nurmipohjainen biokaasun tuotanto voisi parantaa kannattavuutta edelleen. Bioenergian sivutuotteena saatavien lannoitteiden merkitys on lisäselvitysten arvoinen asia. Ympäristövaikutusten osalta tietovaje on suuri, mutta palkokasvien käytön lisäämisen positiiviset vaikutukset maan hiilivaroihin ja rakenteeseen ovat todennäköisiä."MUTTA: Lannan määrä ei tässäkään visiossa kasvane. Hiilivaroista olen lukenut havaintoja, että heinäkasvien maahan jättämä biomassa on SUUREMPI kuin apilan (johtuen siitä, että heinän juuristo uusiutuu jatkuvasti, ja apilan juuristo lahoaa vasta kasvin kuoltua). Lieneekö tästä uutta tietoa, joka kumoaa tuon?

"Selvitys osoittaa väkilannoitetypen käytön ja siihen liittyvän fossiilisen energian kulutuksen merkittävän vähentämisen olevan mahdollista biologisen typensidonnan avulla." JOO, jos biologisesta typensidonnasta tehdään itsetarkoitus.  Mielestäni maatalouden päätarkoitus on tuottaa riittävästi hyvää ruokaa ja jättää mahdollisimman paljon maata "vapaalle luonnolle".

KAIKKEA voidaan tietysti kyseenalaistaa. Onko lehmä huono valinta maidontuottajaksi? Vuohi olisi pienempi, söisi vähemmän ja on vaatimattomampi ruokinnan suhteen. Vielä taloudellisempi saattaisi olla kani tai hiiri. Yhteen tavalliseen navettaan saataisiin helposti mahtumaan 300 000 hiirtä, mikä on enemmän kuin koko Suomen lehmämäärä.

[Heikki Jokipii]

Tässä on MTT:n/LUKEn sivulla oleva yhteenveto tutkimuksesta.

Siitäkään ei tule selvästi esille, minkä tutkijat olettavat olevan Suomen ruoantuotannon tason tuon ehdottamansa muutoksen jälkeen. Tuo yhteenveto näyttää viittaavan vain tilakohtaiseen kannattavuuteen? (Jossa on tietysti tukia mukana.)

Sinänsä on helppoa laskea, paljonko energiaa menee typpilannoitteiden valmistamiseen. Ohimennen on kyllä annattava kiitosta siitä, että ko. tutkijat ovat pyrkineet asiassa todenmukaiseen *) arvioon, eivätkä turvautuneet vanhoihin iskulauseisiin. Tästä on sitten hellppo ynnätä Suomen koko energiankulutus siihen asiaan.

Mutta mikä on niin sanoakseni energiatase? Tästähän meillä oli jo juttua:

Vs: Luomun ja tehotuotannon hyötysuhteesta 

Mutta tuossa MTT:n raportissa, kun sitä äsken selasin, ei näytä olevan kyse "puhdaslinjaisesta" ratkaisusta, siis tarkastelusta, jossa siirryttäisiin kokonaan luomuun. Useisemmissa kuvatuissa kokeissa käytettin viherlannoituksen lisäksi muuta typpilannoitusta.

***

Näkökulma on - tavallaan oikeuteusti, koska se on yhä nykytodellisuutta  - fossiilisen energian säästämisessä. Olisin kuitenkin kaivannut edes mainintaa siitä, että typpilannoitetta periaatteessa voitaisiin valmistaa ilman fossiilista energiaa.

____________

*) "Väkilannoitetypen valmistukseen kuluva energiamäärä laskettiin tämän hetken tehokkaimman valmistustekniikan perusteella."

[Matti Pekkarinen]

https://fi.wikipedia.org/wiki/Reijo_Heinonen_(kemisti)  Reijo Heinonen  humusasioista: ks liite

[Heikki Jokipii]

Tässä nyt luvataan, että typpilannoitetta pystyttäisiin jatkossa tekemään aivan uudella, auringonvaloon ja nanotekniikkaan perustuvalla menetelmällä, joka täysin korvaisi Haber-Bosch-menetelmän (ScienceDaily):

Chemists shed new light on global energy, food supply challenge

But now, Seefeldt and colleagues announce a light-driven process that could, once again, revolutionize agriculture, while reducing the world food supply's dependence on fossil fuels and relieving Haber-Bösch's heavy carbon footprint.

Ilmeisesti tuo keksintö on kuitenkin vasta tehty periaatteelisella tasolla, eli tuota typpilannoitetta ei ihan vähään aikaan ole maataloustarvikekaupassa saatavilla.

Energiaa uusikin prosessi kuluttaa, mutta sen väitetään olevan Haber-Boschia tehokkaampi. Eikä se sitten käyttäisi tuota synnillistä fossiilista energiaa.

Olennainen asia taitaa olla tuo tehokkuus. Olemmehan jo edellä tuoneet esille, että typpilainnoitteita voi valmistaa ja on valmistettu ilman fossiilista energiaa (ja raaka-ainetta) mutta aikanaan Haber-Bosch-systeemi syrjäytti nuo menetelmät juuri tehokkuutensa voimalla. Nyt se siis syrjäytettäisiin, samalla perusteella. (Tosin kerroimme edellä 08.04.13 väitteestä, että itse Haber-Bosch-menetelmän energiankulutus olisi mahdollista puolittaa.)

***

Artikkelissa oli arvio, että Haber-Bosch käyttäisi n. 2% maailman energiasta. Käytetään sitä lukua jatkossa.

[Heikki Jokipii]

Tässä on toinen artikkeli tuosta samasta asiasta:

http://cen.acs.org/articles/94/i17/Light-sparks-conversion-dinitrogen-ammonia.html

Ei, en väitä sitäkään täysin ymmärtäväni. Eräs puute siinä tuli kuitenkin esille: ehkä Haber-Bosch on yhä nopeampi prosessi? Mitä se sitten merkitseekin. "Mikäs kiire meillä tässä on, valmiissa maailmassa?"

Tässäpä vielä kolmaskin artikkeli siitä:

http://www.azocleantech.com/news.aspx?newsID=23302

[Heikki Jokipii]

Kaiketi tällä hetkellä lähes kaikki typpilannoitteet on yhä tehty Haber-Bosch-menetelmällä, ja vielä tarkentaen, yhä maakaasua hyväksikäyttäen. Mutta ei ole tavara nyt hinnalla pilattua:

Urean hinta sukelsi alimmilleen yli 10 vuoteen

Tietysti tuohon maailmanmarkkinahintaan tulee vielä lisää kuljetuksesta ja kaupasta. Mutta toisaalta tuo on tonnihinta. Yhden hehtaarin lannoittamiseen tarvitaan suomalaisella lannoitustasolla vain noin 1/10-osa tuosta tonnista tai alle sen.

Maailman tärkeimmän typpilannoitteen, urean, maailmanmarkkinahinta putosi viime viikolla alimmilleen yli 11 vuoteen. Ureatonnista maksettiin enää 182 euroa, runsaat 166 euroa, kun vielä vuosi sitten hinta oli lähes sata euroa enemmän.

Myös fosforin ja kalin hinnat ovat laskeneet, vaikka eivät yhtä paljon kuin typen.

Vaikka siis jossain "pimeässä" (lue: huonojen tieyhteyksien päässä olevassa) Afrikassa hinta olisi huomattavasti kovempikin, yhä ontommaltta tuntuu puhe siitä, ettei viljelijöillä siellä olisi "varaa kalliisiin keinolannoitteisiin".  Kun tiedämme, miten lannoitteet satotasoa nostavat. Ja jo pienikin lannoitemäärä tässä auttaa, Suomen keskimääräist nykytasoa paljon pienempi.

Kiinnittäisin myös huomiota siihen, miten tuolla hintatasolla lannoitteiden valmistus arvioidaan yhä kannattavaksi:

Arovuori epäilee, että lannoitteiden hinnat eivät enää laske, eivät ainakaan merkittävästi. Urea on niin halpaa, että osa tehtaista joudutaan sulkemaan, jos hinnat vielä laskevat.

[Heikki Jokipii]

Mutta yhä vielä (2015) luomuväki ratsastaa tällä idealla, tuo tämän esille ikäänkuin annettuna tosiasiana hamaan tulevaisuuteen saakka:

Luomutuotantoa syytetään joskus globaalin ruokakriisin näkökulmasta riittämättömäksi sen tavanomaista tuotantoa matalampien tuotantomäärien takia. Tämä ei kuitenkaan ole koko totuus: Globaalit ympäristöongelmat, kuten ilmastonmuutos, aiheutuvat ennen muuta uusiutumattomien resurssien, lähinnä fossiilisen hiilen ja hiilijohdannaisten liiallisesta käytöstä.

Tavanomainen tuotanto ja sen korkeampi pinta-alakohtainen satotaso pohjautuu juuri näiden uusiutumattomien resurssien käyttöön. Tällöin siis lisäämällä tavanomaisen tuotannon laajuutta ja intensiteettiä lisätään samalla fossiilispohjaisten resurssien käyttöä maataloudessa. Tavanomainen tuotanto ei voi ratkaista maailman nälkäongelmia fossiilispohjaisten raaka-aineiden niuketessa.

Lähde: Tutkimuspohjainen ideapaperi: Luomutalous tuo uutta kasvua (s. 9)

Olennaisestihan tuossa on kyse typpilannoitteesta. Vaikenemalla sivuutetaan se jo osoitettu tosiasia, että typpilannoitteita voidaan kyllä tuottaa ilman fossiilisia raaka-aineita.

Siitäkin tietysti vaietaan, että vaikka niin ei välittömästi niitä ryhdyttäisikään tuottamaan, niin fossiilisten raaka-aineiden (erityisesti maakaasun) loppuminenkaan ei ole kyllä tapahtumassa välittömässä, nähtävissä olevassa lähitulevaisuudessa. (Nk. vesisärötyksen voittokulku maakaasun tuotannossa oli tuolloin v. 2015 jo hyvin nähtävissä!)

Ilmastonmuutosasiassakin lannoitetuotanto on pikku tekijä vaikka liikenteeseen verrattuna. Vaikka valmistusta nykymetelmin jatkettaisiin.

Käsittääkseni jopa oikeudessa saattaa saada syytteen ja tuomion väärästä todistajanlausunnosta, jos jättää jotain olennaista ja hyvin tietämäänsä todistajana kertomatta? Nimenomaan se "koko totuus" jäi noilta kirjoittajilta kertomatta!

PS. 20.1.17: Saksalainen sanonta: puolitotuus on täysi valhe. Osatotuus on sama asia kuin puolitotuus.