Исследователи обнаружили, что человеческие и животные отходы могут обеспечить 102% азота и 50% фосфора, необходимых для обеспечения топливом всей сельскохозяйственной отрасли страны.
Новое исследование Корнельского университета показывает, что отходы жизнедеятельности человека и животных теоретически могут заменить значительную часть синтетических удобрений в США.
Исследователи обнаружили, что человеческие и животные отходы могут обеспечить 102% азота и 50% фосфора, необходимых для обеспечения топливом всей сельскохозяйственной отрасли страны.
Согласно исследованию, при нынешних ценах эти неиспользованные отходы представляют собой экономический потенциал в размере 5,7 миллиарда долларов, который еще предстоит реализовать.
Отказ от синтетических удобрений снижает энергоемкость производства, уменьшает выбросы парниковых газов и стабилизирует цепочки поставок, пострадавшие от международных конфликтов.
«Чрезмерное использование синтетических удобрений приводит к загрязнению воды, а само производство генерирует дополнительные выбросы — это очень трудоемкий процесс», — сказал Чуань Ляо, ведущий автор исследования и доцент.
«Как видно на примере войны с Ираном, существуют проблемы с цепочками поставок, которые также могут привести к серьезной нехватке продовольствия», — добавил автор.
География отходов
Человеческие и животные отходы богаты тремя основными питательными веществами, необходимыми растениям для роста: азотом (N), фосфором (P) и калием (K).
Несмотря на обилие ресурсов, главная проблема заключается в координации действий между различными географическими регионами.
Существует пространственное несоответствие между местом образования отходов (густонаселенные города и центры животноводства) и местом, где они необходимы (сельскохозяйственные регионы, такие как Средний Запад и Великие равнины).
«Это проблема координации, а не проблема ресурсов. Даже с учетом реальных ограничений, все равно существует значительное количество питательных веществ, которые можно экономически целесообразно перераспределить для удовлетворения потребностей сельскохозяйственных культур», — пояснил Ляо.
Огромные излишки питательных веществ скапливаются в густонаселенных городских районах северо-востока и в крупных животноводческих центрах запада.
Между тем, «житница» Среднего Запада по-прежнему испытывает глубокий дефицит питательных веществ и вынуждена полагаться на дорогостоящие и энергоемкие синтетические удобрения, импортируемые из-за рубежа.
В исследовании использовалось высокоточное картографирование — с акцентом на 10-километровые участки — для выявления этих различий в содержании питательных веществ.
Интересно, что эти карты отражали социальные различия. Такое неравенство в распределении питательных веществ часто совпадает с социально-экономически неблагополучными районами, создавая двойную экологическую нагрузку.
В регионах с избытком отходов часто происходит утечка сточных вод в местные водоемы, вызывая токсичное цветение водорослей. В регионах с дефицитом отходов используются синтетические химикаты, которые со временем могут истощать почву.
«Неравенство в распределении питательных веществ, по-видимому, в значительной степени отражает социальное неравенство», — сказал Ляо. «Поэтому потенциальное решение проблемы потока питательных веществ может способствовать экологической справедливости».
Децентрализованное решение
Неочищенные отходы нельзя просто сбрасывать на поля из-за наличия в них патогенных микроорганизмов и высокого содержания воды.
Эксперты выступают за децентрализованную систему. Вместо того чтобы перевозить тяжелые жидкие отходы по всей стране, местные центры перерабатывают отходы в концентрированные сухие гранулы или жидкости, которые легче и дешевле транспортировать на близлежащие фермы.
Исследование показывает, что локализованный подход удивительно эффективен: почти 37% азота и 46% фосфора можно извлечь и использовать практически там, где они образуются.
Что касается оставшегося излишка, команда обнаружила, что более половины его можно перераспределить в соседние регионы с минимальными экономическими или экологическими последствиями.
Это подтверждает, что большая часть этих отработанных питательных веществ может быть возвращена в почву без необходимости масштабной транспортировки на большие расстояния.
Данное исследование предлагает стратегический план по извлечению неиспользованного потенциала из человеческих и животных отходов, предоставляя устойчивую альтернативу синтетическим удобрениям.
Это не только поможет обеспечить национальную продовольственную безопасность, но и позволит сократить ущерб окружающей среде, наносимый традиционным производством удобрений.
Хотя необходимые технологии уже существуют, исследование подчеркивает, что успех зависит от новых механизмов управления и инфраструктуры для координации работы сельскохозяйственного, мусорного и энергетического секторов.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Sustainability 15 апреля.
Sourse: interestingengineering.com
