Emisje gazów cieplarnianych pochodzących z produkcji rolnej stanowią poważny wkład do globalnej puli emisyjnej (około 15%). Głównym komponentem jest tu podtlenek azotu, którego źródłem są nawozy, ale także dwutlenek węgla (wylesianie prowadzone pod zwiększanie areałów upraw, maszyny oraz transport).
Rosnąca populacja
Szacuje się, iż do końca obecnego wieku liczba ludności świata wzrośnie nawet o 40%. Ów wzrost już dziś stanowi wyzwanie dla rolnictwa, które będzie musiało pokryć zwiększone zapotrzebowanie na produkty żywnościowe. Jeśli nie zostaną podjęte żadne kroki, ilość emitowanych gazów cieplarnianych również będzie rosła. I to w tempie znacznie przewyższającym wzrost populacyjny. Powodem dodatkowego przyrostu będzie zwiększona konsumpcja mięsa i nabiału, która pociągnie za sobą wzrost produkcji roślin hodowanych z przeznaczeniem na paszę dla zwierząt. Szacuje się, iż zaspokojenie potrzeb konsumpcyjnych zwiększonej o 40% populacji może podnieść emisję gazów cieplarnianych nawet o 70%.
Wykorzystanie biopaliw
Możliwość przyszłego wykorzystywania biopaliw w znacznie większej niż obecnie skali także stanowi czynnik zwiększający prawdopodobieństwo wzrostu areałów upraw (wylesianie). A to oznacza kolejne tony podtlenku azotu, dwutlenku węgla i metanu emitowane w atmosferę. Może także spowodować zawłaszczanie areałów przeznaczonych dla zaspokojenia potrzeb żywieniowych. To z kolei generować będzie wzrost cen produktów żywnościowych, biedę albo głód najuboższych dziś regionów świata.
Widmo głodu?
Co jakiś czas pojawiają się apokaliptyczne wizje głodu. Oczywiście w wielu regionach świata panuje głód i niedożywienie, jednak w skali globalnej proroctwo nie wypełnia się. Piewcy nadciągającej zagłady na ogół nie biorą pod uwagę potęgi innowacji i tym samym wzrostu efektywności czynników decydujących także o podaży produktów rolniczych. I właśnie nowe technologie z obszaru rolnictwa mogą stanowić klucz do przełomu przy produkcji żywności wolnej od emisji gazów cieplarnianych. Czy jednak można liczyć na ten przełom?
Nawozy sztuczne – zalety
Jak zatem zwiększyć produkcję żywności nie powodując wzrostu, a najlepiej ograniczając szkodliwe emisje? Osiąganie większych plonów (pomijając nowe odmiany roślin) związane jest z bardziej efektywnym nawożeniem. Nawozy sztuczne generują obfite plony gwarantując roślinom odpowiedni poziom składników niezbędnych do wzrostu m.in. azotu, fosforu i potasu. To właśnie azot odpowiada za wzrost roślin. Pobierany jest na ogół z gleby w postaci amoniaku, który produkują różne mikroorganizmy. Dodatkowe podawanie azotu powoduje ekstensywny wzrost rośliny do momentu kompletnego jego wykorzystania.
Nawozy sztuczne zrobiły zawrotną karierę. Od lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku średni poziom ich wykorzystanie w produkcji rolnej sukcesywnie rośnie, generując odpowiedni wzrost plonów w przeliczeniu na jednostkę areału. Zmiany te ominęły jednak pewne regiony świata. I tak, wydajność rolników afrykańskich w tym czasie praktycznie się nie zmienia, pozostając na poziomie 20% efektywności gospodarstw rolnych w Stanach Zjednoczonych. W krajach biedniejszych farmerów nie stać na zakup odpowiedniej ilości nawozów, które są tam na dodatek droższe niż w krajach rozwiniętych. Afryka ma ogromny potencjał rozwoju i gdyby udało się doprowadzić do podniesienia efektywności upraw, mogłoby to wpłynąć na wzrost stopy życiowej jej mieszkańców, a być może wygenerować jeszcze dodatkowe nadwyżki żywnościowe. Kłopot w tym, że nawożenie ma niestety dwa oblicza.
Nawozy sztuczne – szkody
Nawozy sztuczne wywołują środowiskowe szkody. W przeważającej mierze odpowiada za nie azot, ten sam azot, który niezbędny jest w procesie wzrostu. Duża część azotu, która podawana jest roślinom przedostaje się do wód powierzchniowych i gruntowych zanieczyszczając je, spływając następnie do mórz i oceanów wywołując powiększanie się stref beztlenowych. Zanim jednak azot trafi na pola nawóz musi zostać wyprodukowany (amoniak), a to z kolei wymaga spożytkowania sporej ilości energii pociągającej za sobą emisję gazów cieplarnianych. Swoje trzy groszę w tym obszarze dokłada także transport oraz wykorzystanie maszyn i urządzeń. Przede wszystkim jednak azot pod postacią podtlenku azotu ulatnia się w powietrzu. Potencjał cieplarniany tego gazu jest ponad 260-krotnie wyższy niż dwutlenku węgla, plasując go na trzecim miejscu w rankingu gazów podnoszących temperaturę na Ziemi i wywołujących zmiany klimatyczne. W sumie w 2010 roku nawozy sztuczne przyczyniły się do emisji 1,3 miliarda ton gazów cieplarnianych, zaś według przeprowadzonych szacunków do połowy obecnego stulecia liczba ta może wzrosnąć nawet do 1,7 miliarda1.
Rolnictwo bezemisyjne?
Niestety nawozy sztuczne nie posiadają obecnie żadnej alternatywy. Można co prawda próbować zmniejszać emisję CO2 generowanego podczas procesów produkcyjnych amoniaku wykorzystując energię pochodzącą z “zielonych” źródeł. Należy się w takim przypadku oczywiście liczyć ze znaczącym wzrostem kosztów. Jednak nie istnieją żadne technologie pozwalające ograniczać przedostawanie się nawozów do wód, ani wychwytywać podtlenek azotu, tak jak ma to miejsce w przypadku CO2. Jak zatem uprawiać ziemię bez szkodliwych obciążeń klimatycznych?
Bezemisyjne rolnictwo stanowić będzie nie lada wyzwanie dla przyszłych technologii oraz metod produkcyjnych. Być może korzyści przyniesie bardziej efektywna absorpcja azotu przez rośliny, związana z technologiami monitoringu stopnia wzrostu upraw i adekwatnego podawania nawozów (w przypadku stosowania nawozów odzwierzęcych pomocne w efektywnym nawożeniu są wszelkiego typu kalkulatory zużycia azotu – wprowadzenie stosunkowo niewielkiej liczby danych pozwala w sposób odpowiedzialny zaplanować nawożenie). Oczywiście takie działania wymagać będą odpowiednich nakładów, zarówno finansowych, jak i samej pracy. Nawozy sztuczne w krajach rozwiniętych są tanie, i nikt na nich nie musi oszczędzać. Zatem bez stosownych restrykcji trudno będzie wyegzekwować odpowiednie metody postępowania.
Minimalizacja degradacji środowiska
Tym, którzy chcą ograniczać wymywanie nawozów eksperci polecają zwykłe planowanie w oparciu o prognozę pogody, czyli wstrzymanie nawożenia w perspektywie zbliżających się opadów. Ten prosty sposób pozwala efektywniej gospodarować zasobami nawozów, nie eliminując oczywiście ich wykorzystania, ale odpowiednio ograniczając zużycie. Praktyka ta pozwala także na redukcję emisji podtlenku azotu, który generowany jest obficiej w wilgotnym środowisku. W mokrej glebie drobnoustroje nie mają bowiem wystarczającej ilości tlenu potrzebnego do procesu oddychania wykorzystując w tym procesie azotany. Uwalniają wówczas dodatkowe ilości podtlenku azotu, które pojawiają się w miejscu wydzielanego zwykle dwutlenku węgla. Ograniczając nawożenie w perspektywie opadów cały ten proces zostaje przyhamowany zmniejszając ewentualną emisję N20. Innym sposobem utrzymania azotu w glebie jest zwykłe “przewietrzanie” gleby (odpowiednia ilość tlenu) oraz zwiększenie zawartości materii organicznej. Azot znakomicie “trzyma się” wszelkich organicznych szczątków, przez co zmniejsza się zarówno wymywanie, jak i emisja podtlenku azotu.
Trwają także badania nad bardziej wysublimowanymi i efektywniejszymi metodami związanymi z substancjami pozwalającymi roślinom zwiększyć stopień wykorzystania azotu, co skutkować może jego mniejszą przenikalnością do wód i atmosfery. Niestety takie domieszki nie sprawdzają się w każdych warunkach, ich skuteczność jest mocno ograniczona, przez co prace nad ich doskonaleniem nie posuwają się naprzód. Mają miejsce także działania w kierunku genetycznej modyfikacji roślin i organizmów produkujących azot. Chodzi o to, aby rośliny uprawne lepiej współpracowały z naturalnymi producentami azotu, lub też specjalnie zmodyfikowane mikroby wiązały azot, przez co można byłoby zastąpić nawozy bakteriami produkującymi azot w sposób ciągły, bez względu na jego obecność w glebie (ze względu na ogromny wydatek energetyczny podczas procesu produkcji azotu odpowiednie mikroorganizmy wytwarzają go tylko wtedy, gdy wykryją jego nieobecność w otoczeniu).
Wszystkie tego rodzaju działania mogą skutkować zmniejszeniem degradacji środowiska wynikającym ze stosowania nawozów sztucznych, niemniej jednak konflikt pomiędzy sposobem żywienia człowieka (w kontekście nie tylko wzrastającej populacji), a stabilizacją klimatyczną istnieje i wydaje się być trudny do zażegnania.
1 Bill Gates, Jak ocalić świat od katastrofy klimatycznej. Rozwiązania, które już mamy, zmiany, których potrzebujemy, Agora SA, 2021, s.157.
