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农业部门大量排放的一氧化二氮也会破坏臭氧层

图片由Pixabay提供

一氧化二氮在室温下是一种无色、不可燃的气体，通常被称为笑气或硝基 (NOS)。一氧化二氮是一种在环境中自然产生的气体，对气候平衡很重要，但是，它也可以在工业上生产用于多种应用。氮是地球生命中最重要的原子之一，存在于多种分子结构中。元素氮 (N) 也是大气和自然循环（如氮循环）中非常重要的组成部分。

一氧化二氮 (N2O)

由两个氮原子和一个氧（一氧化二氮）形成，工业上用作：

• 火箭发动机中的氧化剂；
• 发动机燃料燃烧优化器（硝基）；
• 气溶胶推进剂；
• 麻醉剂（主要在牙科领域，称为笑气）。

在自然界中，存在于大气中的氮被植物捕获并转化为氨，氨会沉积在土壤中，随后被植物利用。这个过程称为固氮。沉积在土壤中的氨会经历硝化过程，从而产生硝酸盐。土壤中存在的微生物可以通过反硝化过程将这些沉积的硝酸盐转化为气态氮 (N2) 和一氧化二氮 (N2O)，从而将它们排放到大气中。

温室气体

以下是对温室效应增加贡献最大的气体：

• 二氧化碳（CO2）；
• 水蒸气（H2Ov）；
• 甲烷（CH4）；
• 一氧化二氮（N2O）；
• 氟氯化碳 (CFxCly)。

由于二氧化碳在大气中的浓度高，对全球变暖的影响更大，所以关于二氧化碳的说法很多，但列出的其他气体的排放也非常令人担忧。大气中一氧化二氮的浓度越来越令人担忧，需要采取必要的行动来减少其排放。

过量的一氧化二氮对大气的影响

与自然界中的所有事物一样，某些事物的过剩可以改变系统甚至整个地球的平衡和稳定性。过量的气体，例如那些被认为可能导致温室效应的气体，是全球比例影响的一个例子。

工业化和城市化产生了大规模需要满足的需求，例如粮食生产，促进农业的大幅增长，特别是用于制造动物饲料的粮食生产（在文章：以肉类消费为目的的集约化畜牧业对环境和消费者健康有影响。”随着这些需求的满足，许多气体开始大量产生并排放到大气中，导致它们在大气中积累并改变了几个地球循环，也会影响地球的平均温度。其中一种气体是一氧化二氮。

一氧化二氮 (N2O) 的含量比二氧化碳 (CO2) 小得多，但其影响要大得多。它在对流层中的存在是惰性的，仅有助于吸收热能，然而，当它存在于平流层时，它会破坏臭氧层。一氧化二氮在大气中的保热能力是二氧化碳的300倍左右，即一氧化二氮分子相当于大气中的300个二氧化碳分子。一氧化二氮也对臭氧层产生影响，导致其降解，并且在自然降解之前会在大气中停留 100 多年。据估计，人类一年排放 5.3 太克 (Tg) 的一氧化二氮（1 Tg 相当于 10 亿公斤）。

排放源

2013 年 11 月，联合国环境规划署 (UNEP) 发布了一份关于一氧化二氮及其对地球气候和臭氧层影响的报告。报告称，一氧化二氮是人类活动排放的第三种气体，对全球变暖的贡献最大，也是对臭氧层退化影响最大的气体。根据所进行的研究，分析了被困在极地冰柱中的气泡中存在的气体浓度，并与当前的 CO2（百万分之几 - ppm）和 N2O（十亿分之几 - ppb）和绘制的图表显示了这些气体随时间的增加。

资料来源：减少 N2O / unep.org

从 18 世纪开始，在工业革命时期之后，可以看到 CO2 和 N2O 的浓度大幅增加。报告指出，一氧化二氮排放的主要人类来源为农业、工业和化石燃料、生物质燃烧、污水和水产养殖，后三项来源的总和未达到农业一氧化二氮排放量。

资料来源：减少 N2O / unep.org

各行业N2O排放问题

农业

氮对食品生产必不可少，它是酶、维生素、氨基酸甚至 DNA 等分子结构的重要元素。在农业中通过化肥添加氮可以加速和提高农作物的产量，但这也会导致 N2O 的排放。据估计，施用于土壤的氮中约有 1% 会直接排放 N2O。 1%看起来很低，但如果考虑到农业在世界上所占的总面积和每年使用的化肥量，可能不会那么小。

在排放一氧化二氮最多的行业中，农业是每年排放量的主要来源：约占总排放量的 66%。对于该行业，不仅要考虑化肥施用产生的 N2O 直接排放，还包括合成肥料、动物粪便、牧场饲养动物、浸出和粪便管理等生产过程的直接和间接排放。

肥料和粪肥施用和处理中的一些措施有助于减少这种影响：

• 定期检测化肥/粪肥分配机制，确保施肥准确；
• 确保施肥/粪肥的人受过良好的培训，尽可能少施；
• 进行土壤分析以确定所需的肥料量；
• 尽量使用比无机肥料更多的肥料；
• 粪便处理技术的改进。

必须不断研究化肥和有效替代方法减少 N2O 排放。

工业和化石燃料

工业和车辆的一氧化二氮排放主要通过两种方式发生。第一种称为均相反应，即相同物理状态的反应物发生反应，例如燃烧气体燃料（gas with gas）。在气态燃料中可能存在氮化合物，它可以在燃烧过程中的加热过程中产生。第二种介质发生在多相反应中，其中一种可以是气体，另一种可以是固体，例如煤的燃烧或汽车催化剂中 N2O 的形成。

飞机、轻型和重型车辆是一氧化二氮排放的主要来源，尽管与它们提供的二氧化碳排放相比，它们的相关性并不高——这不是一个令人担忧的事实的借口。

在工业中，一氧化二氮排放的两个主要来源是硝酸（HNO3）和己二酸的生产。硝酸被认为是生产肥料、生产己二酸、炸药以及黑色金属加工的关键成分。世界上生产的所有硝酸中有 80% 以上用于生产硝酸铵和硝酸铵钙复盐 - 3/4 的硝酸铵用于生产肥料。在 HNO3 的合成过程中，N2O 可以作为次要反应产物形成（每产生 1 kg HNO3 大约会产生 5 g N2O）。

己二酸 (C6H10O4) 的生产是工业部门中一氧化二氮排放的第二大来源。生产的绝大多数己二酸用于生产尼龙，也用于制造地毯、服装、轮胎、染料和杀虫剂。

己二酸生产中降低 N2O 排放的技术现已可用，减少了约 90% 的排放，大约 70% 的己二酸生产行业应用了这些技术。

生物质燃烧

生物质燃烧是指燃烧任何植物或动物来源的材料以生产能源。简而言之，生物质燃烧是指自然或人为原因的燃烧，主要是森林/木材甚至木炭。

生物质燃烧排放的 N2O 的平均量很难测量，因为它在很大程度上取决于燃烧材料的成分，但据估计，它是一氧化二氮排放的第三大来源。大多数森林火灾是由闪电等自然因素引起的，但人为行为也相当令人担忧。燃烧森林以促进农业和畜牧业是燃烧森林、自然植被甚至作物残留物的最大担忧之一，因为火灾是一种廉价且简单的清理区域的方法。

另一个令人担忧的事实是使用木材和木炭来产生能量，甚至在炉灶中。在世界许多地区，植物能源的产生及其用于某些任务（例如烹饪）非常普遍，而且它也可能是 N2O 排放的影响来源。

必须采取法律和行动来减少和防止燃烧，以减少 N2O 从燃烧到“清洁”区域的排放，用于农业或任何其他类型的目的，以及控制和扑灭自然原因的火灾。 2015 年 11 月发生在查帕达迪亚曼蒂纳 (Chapada Diamantina) 的火灾可能会造成失控的火焰风险，这可能会毁坏大片地区，此外，污染和有毒气体的排放还会对该地区产生重大影响。

关于将生物质用于能源生产和炉灶的排放，改进技术以减少使用燃料、提高效率以及使用不释放 N2O 的燃料（如石油气体）是减少 N2O 的可行替代方案这些来源的排放。在用石油气体代替它们的情况下，我们会遇到 CO2 排放的问题——这可能看起来很疯狂，但最好是释放 CO2 而不是 N2O，因为 N2O 除了有助于破坏臭氧层，具有比 CO2 大 300 倍的保温能力。

污水和水产养殖

污水和水产养殖合计占人类造成的一氧化二氮排放总量的 4%。与其他来源相比，它可能看起来很小，但它们仍然是令人担忧的来源。污水的特征是任何含有污染物和杂质的废弃水，需要对其进行处理以免影响环境。水产养殖是在密闭或受控空间内养殖水生生物，例如养殖鱼类以供出售。

污水排放一氧化二氮可以通过两种方式发生：污水处理过程中的化学和生物转化以及将污水排放到支流中，其中污水中含有的高浓度氮将被存在于污水中的细菌转化为 N2O。支流。

与肥料的问题一样，水产养殖的问题是施氮量高。养殖生物的食物中含有大量的氮，导致水中含有大量的氮，这些氮会通过化学和/或生物过程转化为一氧化二氮。

减少废水排放的一氧化二氮的主要手段是处理技术，从而减少稀释氮的量。一些技术可以去除多达 80% 的稀释氮气。必须采取和建立处理政策和技术来减少一氧化二氮的排放。

水产养殖技术也可用于最大限度地减少 N2O 排放，例如：农业和水产养殖系统的整合，将富含营养的水重新用于灌溉作物和水生植物以喂养水生生物，水生物种之间的整合，当一个物种的废物用作食物和营养物质的改良和优化，旨在最大限度地减少培养基中氮的稀释。

使用一氧化二氮造成的影响引起人们对一些重要事情的关注：行星极限。为了更好地理解这个话题，请看一下这篇文章：“什么是行星极限？”