CASTLE.PRI.EE

Круговорот азота требуется для жизни на Земле. Соединения азота играют важную роль в обмене веществ живых организмов. Много органических молекул в организме растений, животных и людей включают соединения азота (например, аминокислоты, протеины и ДНК). Соединения азота также участвуют в химических процессах в атмосфере и возможно, воздействуют на систему климата.

На рисунке «Круговорот азота» показана схема азотного цикла: А – ассимиляция растениями, F – фиксация азота бактериями в симбиозе с растениями или бактериями, живущими в почве, N – нитрификация, D – денитрификация, М – минерализация.

Конский и коровий навоз, человеческий фактор и птичье гуано – это комплексные удобрения. Они содержат все нужные для растений микроэлементы — фосфор, калий, натрий и азот. Но человечество «посадили» на промышленные удобрения.

В отличии от фосфора, азот избежал «азотной ямы», так как у него есть много газообразных соединений. Например, молекулярный азот, которого примерно 4/5 от всей массы атмосферы и вредные окислы азота, которые выбрасывают наши транспорт и промышленность. Поэтому естественное стекание азота в различные ямы нашей гидросферы и литосферы гораздо ниже, чем у фосфора. Кроме того, содержание азота в почве можно восстановить с помощью азотфиксирующих бактерий.

Однако, у растений отсутствует возможность усваивать азот в его газообразной форме. Для усвоения азота он должен быть переведён в водорастворимые формы: в вид нитритов NO2-, нитратов NO3- или иона аммония NH4+. Этим занимается группа бактерий-азотфиксаторов и бактерий-нитрификаторов.

Другая группа бактерий (бактерии-денитрификаторы) занимается разложением водорастворимых форм азота обратно на молекулярный азот, замыкая этот кругооборот. И вот с ними связана основная проблема азотного цикла, которая получила название азотного барьера.

Всё дело в том, что для процесса азотфиксации бактериям нужна энергия. Эту энергию бактерии берут из питательных веществ, которые содержатся в самой почве. Поэтому в почве должен иметься строго определённый объём азота, который рассчитывается на единицу площади поверхности плодородной земли.

Микроорганизмы, в зависимости от вида почв и климата, переводят за год на гектар в водорастворимые формы всего лишь от 20 до 200 килограмм атмосферного азота. Окислительные процессы в природе при высоких температурах – это важные пути естественного производства оксидов азота. Это происходит во время лесных пожаров, извержениях вулкана или разрядах молнии. Например, от 1 до 30 килограмм азота на гектар добавляют дожди за счёт образования соединений азота в разрядах молний (возможно, для этого они и нужны?). Что интересно, если дожди кислотные, то азота они добавляют больше.

Таким образом, основная масса азота, содержащегося в населяющих нашу планету организмах, своим происхождением обязана именно биологической азотфиксации и составляет около 17,2х10 в 7-ой степени тонн в год, что в настоящее время в четыре раза превышает мировое промышленное производство аммиака.

Однако весь этот объём равномерно распределён по всей поверхности и биосфере, в то время, как человечество уже наполовину состоит из азота биологической фиксации, а наполовину – из жуткого, химического азота, полученного в результате процесса Габера. Именно этот процесс, изобретённый немецким химиком Фрицем Габером, позволил человечеству на время выскользнуть из-под проклятия азотного барьера.

Во время этого процесса, образуется аммиак из водорода и атмосферного азота (в условиях высоких температур и высокого давления, а также в присутствии катализатора).

К 1913 году основным поставщиком связанного азота в мире были Чили. Там были обнаружены, вдобавок к залежам гуано, ещё и громадные месторождения природной селитры. Сейчас Чили, благодаря залежам селитры в пустыне Атакама контролирует мировой рынок йода. В 1913 году Чили контролировала плодородие почв повсюду в мире, обладая практической монополией на производство и фосфорных, и азотных удобрений, пороха и взрывчатых веществ (возможно, с этим связаны все политические события и перевороты в этой стране?).

От такого монополизма больше всего страдала Германия. Возможно, из-за монополизма Чили в деле снабжения мира азотом и фосфором и активности США в этой сфере, была предпринята попытка Германии аннексировать островное государство Науру (может быть, и 1 мировая война была связана с рынком азота и фосфора?).

Процесс Габера-Боша позволил Германии, в отсутствии своих источников минерального азота, развернуть масштабное производство аммиака. К 1934 году Германия вырывается вперёд в деле производства соединений азота. Рынок азота разительно меняется. Месторождения селитры в Чили отходят на второй план, давая к 1934 году лишь 7,2% производства азота, вместо 56,5%, которые они занимали в 1913 году. Синтетический аммиак, полученный в процессе Габера-Боша к 1934 году занимает 63,8% рынка (ещё повод, чтобы уничтожить Германию).

Как утверждают учёные, человечеству требуется значительно больше азота и фосфора. Их производство зависит от температуры и исходного сырья. Процесс Габера эффективно идёт при температурах от 300 до 550 °C.
Для получения суперфосфата (основного фосфорного удобрения) тоже требуется процесс обжига, который надо осуществлять при температуре от 320 °C до 980 °C. Чем выше температура обжига, тем большее количество фосфора переходит в водорастворимые формы.

Основным сырьём для производства аммиака является водород, который легко получить из жирных углей, природного газа или даже из нефти. При помощи дров, ветра и солнца водород можно получить только путём весьма затратной процедуры электролиза воды. Решить эту проблему могут ядерные реакторы. Реакторы с газовым охлаждением с теплоносителем-углекислым газом позволили получать температуры в 650 °C. Коммерческие газоохлаждаемые реакторы в настоящее время используются только в Великобритании (кто мешает другим их построить?).

Многие государства заинтересованы в постройке реакторов с гелиевым теплоносителем. Они имеют сверхвысокую эффективность термодинамического цикла по производству электричества, и могут обеспечивать получение температур теплоносителя первого контура в пределах 900-1000 °C. Получение таких температур позволит обеспечить все нужды химической индустрии по получению сырья для производства фосфора, растворимого азота и проведения всех реакций до конечного продукта – готовых азотных и фосфорных удобрений. С такими реакторами можно легко получать водород и фосфор из морской воды и опреснять её (но кто позволит это сделать).

Такие реакторы уже испытывались и строились в 1960-х-1970-х годах в
Великобритании и в Германии. Однако постройка их промышленных аналогов была остановлена (кому они помешали?). В Китае продолжается внедрение таких реакторов.

Краткое изложение статьи crustgroup_livejournal «Азотный барьер, фосфорная яма и сказ о том, как можно просрать насранное».

P.S. Оксиды азота в атмосферных реакциях преобразовываются в азотную кислоту, что вносит свой вклад в кислотные дожди, которые приводят к отрицательным последствиям.

Если внесено слишком много удобрений, то это вызывает отрицательное воздействие. Аммиак и нитраты смываются в водоёмы и прибрежные зоны. Здесь они вызывают сильный рост растений и морских водорослей (фитопланктона), и в результате жизнь в воде может быть уничтожена из-за уменьшения содержания кислорода.

Комментарии запрещены.