Cornell University forskare Rachel Hestrin och Johannes Lehmann, tillsammans med medarbetare från Kanada och Australien, har visat att träkol kan torka upp stora mängder kväve från luftföroreningen ammoniak, vilket resulterar i ett potentiellt gödselmedel med långsam frisättning med mer kväve än de flesta djurgödsel eller andra naturliga jordförbättringar. Resultaten publicerades i fredags kl Naturkommunikation .

Ammoniak är en vanlig komponent i jordbruksgödselmedel och tillhandahåller en biotillgänglig form av det väsentliga näringsämnet kväve till växter. Dock, ammoniak är också en mycket reaktiv gas som kan kombineras med andra luftföroreningar för att skapa partiklar som färdas djupt in i lungorna, leder till en mängd andningsproblem. Det bidrar också indirekt till klimatförändringen när överskott av gödselmedel till marken omvandlas till dikväveoxid, en stark växthusgas.

I Kanada, ammoniakutsläppen har ökat med 22 procent sedan 1990, och 90 procent produceras av jordbruk, särskilt från gödsel, flytgödsel och gödningsmedel. Att mildra denna förorening – utan att begränsa gödselmedel och livsmedelstillväxt för vår växande världsbefolkning – är nyckeln till en hållbar framtid.

Träkol, även känd som eldhärlett organiskt material eller biokol, är både ett naturmaterial som finns i miljön och en jordbruksändring. Nyligen genomförda undersökningar av de potentiella jordbruksfördelarna med träkol har väckt intresse för dess kemiska egenskaper och förmåga att behålla och leverera viktiga näringsämnen till växter.

Forskarna använde den kanadensiska ljuskällan vid University of Saskatchewan för att undersöka hur ammoniakgas interagerar med träkol under naturliga förhållanden. Enligt Lehmann, "De unika ändstationerna vid CLS är utmärkta för denna typ av kväveröntgenspektroskopi."

Hestrin och Lehmanns studie identifierar träkols förmåga att fånga upp kväve från luftburen ammoniak genom bildandet av kovalenta bindningar, som skulle kunna ge en långtidsfrigörande gödselmedel för växtodling och växthusproduktion. Tidigare studier visade att dessa reaktioner inträffade mellan ammoniak och konstruerade kolmaterial under höga temperaturer, men det fanns inga bevis för omgivningstemperatur och tryckförhållanden.

Hestrin säger att användningen av strållinjefunktionerna vid den kanadensiska ljuskällan var avgörande för denna spelförändrande upptäckt och gjorde det till ett mycket större projekt än vad som ursprungligen planerats.

"CLS-strållinjen gav den bästa metoden för att undersöka hur träkol kan hålla kvar kväve från ammoniak. Att upptäcka att kväve hölls kvar genom en mängd olika kovalenta bindningar var en verklig förändring i vår forskning. Det innebär att kväve som fångas upp från kompost eller gödsel kan vara mindre mottagliga för förlust genom urlakning eller förångning än vi tidigare trott."

Kväve spelar en viktig roll i klimatförändringarna, och det finns i många former, några viktiga för levande organismer, och andra som är giftiga eller skadliga gaser. Att tillföra tillräckligt med kväve till grödor samtidigt som kväveläckaget till grundvattnet eller gasformiga utsläpp till atmosfären minskar har viktiga miljökonsekvenser.

För närvarande, upp till 50 procent av det kväve som kommer in i en komposteringsanläggning kan gå förlorad som ammoniakgas – att fånga upp det direkt vid källan kan avsevärt minska föroreningarna och förlusten av ett värdefullt växtnäringsämne.

Ytterligare forskning om denna banbrytande upptäckt indikerar att miljöpåverkan från träkols kväveavskiljning från ammoniakgas kan spela en viktig roll i de globala kol- och kvävekretsloppen. Förutom dess potential för att förbättra jordbrukets näringsämneshantering, påverkan av träkol i jordar, luft och vatten på kvävelagring och tillgänglighet i naturliga ekosystem bör också beaktas.