Talán még a „civilek” zöme is tudja, hogy a műtrágyázás növeli a terméshozamot, és a modern élelmiszer-ellátás aligha képzelhető el nélküle, különösen döntő a nitrogén- és foszforpótlás. De alighanem sokkal többet hallhattak ennek káros hatásairól. A nitrátterhelés csökkentésére szigorú szabályok vonatkoznak, ezek követését – ezáltal a környezetkímélést, fenntarthatóságot – is könnyebbé teheti egy új és takarékos formula.
Mivel a szokványos nitrogén-műtrágyából hamarabb szabadul fel a tápelem, mint ahogy azt a kultúrnövények fel tudják venni, ezért a talajban fölösleg halmozódik fel. Átlagosan a kijuttatott N-trágyának csak a fele hasznosul, a többit kimossa az eső – így kerül bele a felszíni és talajvizekbe. A magas nitrátértékek pedig károsítják az élővilágot és az ivóvizet. Tengerrel és jelentős agráriummal rendelkező országokban pedig a partközeli részeken oxigénben szegény zónák alakulhatnak ki, ahol alig marad vízi élet.
Hát akkor gipszeljük be!
De akkor kockáztassuk a további nitrátterhelést, vagy inkább koplaljunk? Ezen a dilemmán igyekszik segíteni a zágrábi Ruđer Bošković Intézet egyik kutatócsoportja. Olyan alternatív N-formulát kísérleteztek és próbáltak ki, amivel kihúzható a dolog méregfoga. Eddig a műtrágyák nitrogén-összetevőjét a hagyományos Haber–Bosch-eljárással nyert ammóniából vagy karbamidból állították elő, ami nagyon energiaigényes (magas hőfok, visszahűtés).
Aztán egy újabb kémiai folyamatban adták hozzá a kalciumot, káliumot vagy egyéb ásványi komponenseket. Mivel a tiszta karbamid-műtrágya mikrobiológiai lebontása során nagy mennyiségű ammóniagáz és szén-dioxid szabadul fel, ezért az ilyen formában való használata – érthető módon – szigorúan korlátozott, hacsak gátló anyagot nem adnak hozzá.
A horvát, holland, német és amerikai kutatókból álló csapat – Ivana Brekalo fizikokémikus irányításával – olyan megoldást keresett, amelynek megvan a kellő karbamidtartalma, mégis környezetbarát. Ennek során egy ősrégi technikát vetettek be, mégpedig a mechanikus kémiát (mechanokémia). Már az őskor óta őröljük az anyagokat, így a kenyérsütéshez való gabonát vagy a barlangrajzok festékanyagát.
De azt kevesen tartják számon, hogy a mechanikai behatások – mint az őrlés, vibráció, préselés – képes kémiai reakciókat is kiváltani. Márpedig pont ezt használták ki a tudósok az újfajta műtrágya előállítása során. Ehhez együtt őrölték olyan finomra a gipszet és karbamidot, hogy azok közben szilárd kötésbe léptek egymással.Haber–Bosch-eljárás
Még a 20. sz. elején fejlesztettek ki ammónia- és karbamidgyártáshoz. Korszakos jelentőségű, mivel lehetővé teszi a légköri nitrogén megkötését. Az így nyert vegyületből állíthatók elő a műtrágyákhoz (és robbanóanyagokhoz) szükséges nitrátok. Fritz Haber kísérletileg kimutatta, hogyan lehet reagáltatni a levegő nitrogénjét a víz hidrogénjével. Carl Bosch dolgozta ki az ipari méretű eljárást: igen nagy nyomáson és hőfokon (250 atm, 450 °C) vas katalizátorral állítják elő az ammóniát.
Lassan oldódik, jobban hasznosul
Az új formula összetételét a zágrábi csoport a legmodernebb módszerekkel vizsgálta: Raman spektroszkópiával (speciális színképelemzés) és elektron-szinkrotronban (egyfajta részecskegyorsító) előállított röntgensugarakkal. Utóbbihoz a hamburgi DESY intézet készülékét használták, amely a világ egyik legnagyobb röntgensugaras részecskegyorsítója.
Kiderült, hogy a mechanokémiai feldolgozással úgynevezett társkristályok (ko-kristályok) jöttek létre. Ezek kétféle (vagy több) molekuláris vegyületből állnak, amelyben a kiinduló anyagok változatos szerkezetet képeznek, de kifelé az egész egységes kristályként viselkedik. „Úgy lehet őket elképzelni, mint egy legó kockákból összerakott építményt” – mondja Dr. Martin Etter fizikus, a DESY kutatója. „Kétféle méretű és színű kockakészletet használunk, ezekből épül fel egy ismétlődő minta.”
Az eredmény olyan kristályos műtrágya, amelynek előállításához csak őrlésre van szükség, és közben nem keletkezik semmiféle kémiai melléktermék. Ráadásul a hasznosulás szempontjából igen előnyösen viselkedik: vizes közegben 20-szor lassabban oldódik, mint a karbamid, és ezáltal legalább 90 napon át egyenletesen adja le az N-tápelemet. Ezáltal a növények csak annyi műtrágyához jutnak, amennyit valóban fel tudnak venni és anyagcseréjükben hasznosítanak.
Mivel a hagyományos karbamid és egyéb N-műtrágyák hasznosulása, mint elöljáróban említettük, csak 50%-os, ezért jelentős megtakarítás érhető el ugyanolyan tápelemhatás mellett – miközben kíméljük a környezetet. Egyúttal kevesebb karbamidot kell előállítani a Haber–Bosch-eljárással, ami nemcsak az üvegházhatást, hanem a földgáz-felhasználást is csökkenti. A kutatók következő terve az ipari méretű „műtrágyamalom” elkészítése és kipróbálása.
