たくさんの代償: 肥料による温室効果ガス排出量の合計

Jun 08, 2023

ここの高速道路の端の平坦な地形に工業用タワーの複合体がそびえ立ち、その煙突とパイプが互いに蛇行している。 産業用の騒音が地域を覆う中、ネオンイエローのベストと保護ヘルメットを着た労働者がピックアップトラックで迷路を移動する。 人工の雲は近くのミシシッピ川の上に浮かび、はしけや船が物資を上流と下流に輸送します。

これはCFインダストリーズのドナルドソンビル・コンプレックス、世界最大のアンモニア生産施設です。 1,400 エーカーの窒素肥料工場は、世界中の温室効果ガス排出量のかなりの部分を占める広大な世界産業の一部です。 Scientific Reports に掲載された 2022 年の研究によると、合成窒素肥料のサプライチェーンは世界の熱閉じ込めガス排出量の 2.1% を占めており、これはすべての航空機からの排出量を上回っています。

ドナルドソンビル工場だけでも、ルイジアナ州の産業用温室効果ガスの最大の排出源となっている。 しかし、窒素肥料の排出量は工場にとどまりません。 地球温暖化ガスは肥料のライフサイクル全体を通じて発生します。

研究によると、ここにあるような産業施設からの肥料の製造と輸送のプロセスから排出されるのは、排出量のわずか約 41% だけです。 その大部分は、肥料が散布された後に圃場から発生する排出物によるものです。

問題の根本: 一部の農家は、植物の最適な成長に必要な量を超える肥料を施用しています。 「植物は余分な窒素を摂取していません」と、フリーランスの科学者でサイエンティフィック・レポートの研究の共著者であるアリシア・レド氏は言う。 大気圏に上がるだけなのでもったいないです。

窒素肥料の旅、そして熱を閉じ込める強力なガスの放出は広範囲にわたり、その過程で気候に影響を与えます。

20 世紀初頭の合成肥料の製造方法の発見は農業に革命をもたらし、生産性の大幅な飛躍を可能にしました。 現在も使用されているハーバー・ボッシュプロセスは、空気から窒素を取り出し、それを化石燃料（通常は天然ガス、メタンとも呼ばれる）からの水素と結合させてアンモニアを生成します。 このプロセスでは、メタンと二酸化炭素という 2 つの主要な温室効果ガスが排出されます。

アンモニアは、尿素などの窒素ベースの肥料を製造する際の原料です。 また、世界で 2 番目に多く生産されている化学物質でもあり、世界の化石燃料エネルギー使用量の 2% を占めています。 その結果、この化学物質は年間 4 億 5,000 万トンの二酸化炭素を生成し、鉄鋼やセメント製造よりも排出量が多くなります。

2019年、CFインダストリーズのドナルドソンビル・コンプレックスは1,000万トンを超える二酸化炭素排出量を報告したが、これは2.7基の石炭火力発電所からの年間排出量に相当する。

製造プロセスでは、二酸化炭素の 25 倍以上強力なガスであるメタンも放出されますが、大気中での持続時間は短くなります。 コーネル大学と環境防衛基金の調査では、6つの代表的なアンモニア肥料プラントからのメタン排出量が、肥料業界の自己申告推定値の100倍であることが判明した。

肥料は生産後、パイプライン、はしけ、船、電車、トラックで輸送されます。 研究によると、輸送は肥料の総排出量の2.6％を占めている。

次に、販売業者、そして最終的には農家とその畑に影響を及ぼします。 毎年、米国全土で 600 万トンの窒素肥料がトウモロコシに施用されています。その多くは、この窒素を必要とする作物が支配する中西部の 1,500 マイル近くの風景である、国のコーンベルトに使われています。

米国では、農家の畑に施用された窒素から二酸化炭素に相当する排出量が 7,200 万トンと推定されています。

それはすべて、窒素とその化合物が植物や他の生物に利用可能になる一連のプロセスである窒素サイクルに関するものです。 私たちが呼吸する空気には窒素がたっぷり含まれていますが、植物は窒素を利用可能な形に変換する必要があります。 細菌や他の生物はそれを分解するのに役立ちます。

マメ科植物、インゲン豆、エンドウ豆など、一部の作物は窒素固定に優れています。 しかし、トウモロコシ、トマト、メロンなどの窒素を大量に消費する作物は、特別な支援がなければ窒素需要を満たすことができないことがよくあります。

合成肥料は土壌に純粋な窒素を少し加えますが、そのすべてが植物によって利用されるわけではありません。 その一部は散布中に空気中に失われ、また一部は微生物が土壌中の窒素を固定し、後に再び大気中に放出するときに失われます。 肥料は土壌の自然な微生物の活動を促進し、二酸化炭素の 265 倍強力なガスである亜酸化窒素をより多く生成します。 このガスはオゾン層を消費し、地球を太陽の紫外線から守ります。

農務省の土壌科学者でミネソタ大学の非常勤教授であるロッド・ベンテレア氏は、亜酸化窒素の排出は「土壌中に窒素が存在するときはいつでも、ある程度は発生する」と述べた。 「それは何千年も続いてきました。今、私たちは土壌に大量の窒素を加える機会を得ています。それが自然のプロセスを刺激し、自然に生産されるものをはるかに超える生産のホットスポットを作り出しています。」

余分な肥料は畑から流れ出て地下水や川に流れ込み、窒素、リン、その他の栄養素が下流に流れる可能性があります。

高レベルの栄養素は水域で藻類を成長させ、その結果、亜酸化窒素、二酸化炭素、メタンの排出量が増加します。 このプロセスは富栄養化と呼ばれます。

2018年の研究では、湖や貯水池の富栄養化による排出量は、化石燃料からの世界の二酸化炭素排出量の約20％に相当すると推定されている。 世界の湖沼の富栄養化による世界のメタン排出量は、気候変動と人口増加により、今後100年間で30～90％増加すると予想されている。

自然保護団体のオハイオ州農業プロジェクトディレクターであるジェシカ・ダンブロージオ氏は、肥料流出の一因として大規模な藻類の発生に悩まされているエリー湖への栄養汚染を減らすために取り組んでいる。 湖に流れ込む土地の約 80% は農地です。

「窒素肥料の使用量を減らせば、藻類の発生や温室効果ガスの排出量を減らすことができます」とダンブロージオ氏は言う。 「土壌が健康で、栄養素を保持していれば、それはあなたとあなたの流域の両方に良い影響を与えます。」

肥料の膨大な温室効果ガス排出量を考慮すると、生産者と使用者は変化を求める増大する圧力に直面しています。

今年初め、ケンブリッジ大学工学部助教授のアンドレ・カブレラ・セレンホ氏は、現在利用可能な技術を使用すれば肥料からの排出量を2050年までに80％削減できることを発見した研究を共著し、「Nature Food」誌に発表した。

セレンホ氏の研究では、生産過程での脱炭素化によって肥料排出量の約3分の1を削減できると推定している。 再生可能エネルギーは、アンモニアの製造に使用される水素の加熱と生成に使用できます。 このプロセスは「グリーン水素」生成と呼ばれることもあります。 別の選択肢は、いわゆる「ブルーアンモニア」を使用することです。これは依然として化石燃料に依存していますが、結果として生じる二酸化炭素を捕捉して貯蔵し、時にはそれを地下に注入して石油やガスの回収に役立てます。

肥料業界は両方の技術を活用しています。 たとえば、CFインダストリーズのドナルドソンビル工場は、2021年末に電解システムの建設を開始し、年間2万トンのグリーンアンモニア、または総生産量の1％の4分の1を生産すると予想されている。 同社はまた、ドナルドソンビル・コンプレックスで生成される二酸化炭素の約20％を回収して隔離するプロジェクトでエクソンモービルと提携しており、昨年同社は、20億ドルの新たな輸出用施設の建設に向けてアセンション教区の用地を評価していると発表した。指向性ブルーアンモニア製造施設。

別の大手肥料会社であるモザイク社は、本社があるフロリダ州で2030年までに、また事業全体を通じて2040年までにネットゼロ排出を達成することに取り組んでいる。モザイク社はコストが高いため、現時点ではグリーンアンモニアを追求しておらず、二酸化炭素回収を検討していると広報担当者のナタリ・アーチビー氏は語った。

二酸化炭素回収技術は、裏庭にこれ以上の産業施設を望まない住民や、化石燃料への依存を維持するだけだという批評家からの論争に直面している。

国際環境法センターによる2022年の報告書は、二酸化炭素回収技術は「グリーンウォッシュ」製品を通じて肥料産業の排出量を洗浄しようとする「誤った解決策」であると述べた。 CIELの社長兼最高経営責任者（CEO）のキャロル・マフェット氏は、「青色水素の生成にはエネルギーが必要なので、ガスを直接燃やすのと同じか、それ以上に悪影響を及ぼします」と述べた。

セレンホ氏は、ほとんどの排出は土壌から発生するため、より環境に優しい生産は解決策の一部にすぎないと述べた。 「たとえ石油化学産業が自社生産物の脱炭素化に驚くほど優れていたとしても、それで削減できるのは総排出量の3分の1に過ぎない」と同氏は述べた。 「残りの 3 分の 2 には取り組む必要があります。」

彼の研究によると、土壌中の細菌からの亜酸化窒素の放出は、硝化阻害剤と呼ばれる化学物質を添加することで削減できることが判明した。 排出量の少ない肥料に切り替えることも効果があります。

しかし、最も重要な変化は肥料の使用量を減らすことです。 世界中で施用されている肥料の半分未満が植物によって吸収されます。 農家は収量を減らすことなく、使用量を大幅に減らすことができます。 「そうするだけで、肥料やその他の環境への影響に関連する排出量の半分を節約できる」とセレンホ氏は語った。

CIELの報告書は、工業的農業モデルや合成肥料から、生物多様性を保護しながら食料の生産をより持続可能にする、より再生可能なモデルへの移行を求めている。

「化石肥料からより持続可能な食料解決策への移行を開始することは、気候危機に対応する上で重要な部分であるだけでなく、地球を安全に住める地球の境界内に私たちを戻すことでもある」とマフェット氏は述べた。

この記事は、フロリダ大学ジャーナリズム・コミュニケーション学部とミズーリ大学ジャーナリズム学部による肥料を調査する特別プロジェクト「The Price of Plenty」の一部であり、ピューリッツァー・センターの全国規模の「Connected Coastlines」報道活動の支援を受けている。