الميكروبات قد تقلل الحاجة للأسمدة الكيميائية وتحد من الانبعاثات الكربونية
تاريخ النشر: 21st, December 2023 GMT
يمثل إنتاج الأسمدة الكيميائية نحو 1.5% من انبعاثات الغازات الدفيئة في العالم. ويأمل الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا المساعدة في تقليل البصمة الكربونية عن طريق استبدال بعض الأسمدة الكيميائية ليحل محلها مصادر أكثر استدامة.
والبصمة الكربونية هي إجمالي الغازات الدفيئة الناتجة عن الانبعاثات، وقياسها يكون من أجل الحد من الآثار السلبية للانبعاثات الكربونية.
من المعروف أن البكتيريا هي المسؤولة عن عملية تثبيت النيتروجين في التربة، وذلك عن طريق قيامها بتحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى مركبات النيتروجين (مثل الأمونيا) التي يمكن الاستفادة منها من قبل النباتات في حمايتها من الآفات، بالإضافة إلى توفيرها العناصر الغذائية التي تحتاجها النباتات، والعمل على تجديد التربة.
وتعرف البكتيريا بأنها مخلوقات ذاتية التغذية تستمد طاقتها عن طريق صنع طعامها من خلال عملية الأكسدة بدلاً من التغذية على النباتات أو المخلوقات الحية.
ومع كل ذلك، فإن البكتيريا حساسة للحرارة والرطوبة، لذلك من الصعب توسيع نطاق تصنيعها وشحنها إلى المزارع، وهو ما دفع بالمهندسين الكيميائيين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى ابتكار طبقة معدنية عضوية (metal-organic) تحمي الخلايا البكتيرية من التلف دون إعاقة نموها أو وظيفتها.
وكان الباحثون توصلوا في هذه الدراسة إلى أن البكتيريا المغلّفة حسّنت معدل إنبات مجموعة متنوعة من البذور، بما في ذلك الخضراوات مثل الذرة والبوك تشوي.
وبحسب البيان الصادر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، تُصنع الأسمدة الكيميائية باستخدام عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة تُعرف باسم هابر بوش (Haber-Bosch)، والتي تستخدم ضغوطا عالية للغاية لدمج النيتروجين من الهواء مع الهيدروجين لصنع الأمونيا.
وبالإضافة إلى البصمة الكربونية الكبيرة لهذه العملية، هناك عيب آخر للأسمدة الكيميائية، وهو أن الاستخدام طويل المدى يؤدي في النهاية إلى استنفاد العناصر الغذائية الموجودة في التربة.
وللمساعدة في استعادة التربة، لجأ بعض المزارعين إلى "الزراعة المتجددة" التي تستخدم مجموعة متنوعة من الإستراتيجيات، بما في ذلك تناوب المحاصيل والسماد، للحفاظ على صحة التربة، ويمكن للبكتيريا المثبِّتة للنيتروجين -والتي تحول غاز النيتروجين إلى الأمونيا- أن تساعد في هذا النهج.
وعن الغلاف العضوي المعدني الذي طوره الباحثون لحماية البكتيريا، تقول أرييل فورست أستاذ مساعد التطوير المهني في الهندسة الكيميائية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمعدة الرئيسية للدراسة: "هذا الطلاء يمكن أن يسهل على المزارعين استخدام الميكروبات كأسمدة، وكذا حمايتها من الجفاف، مما يسمح لنا بتوزيعها بسهولة أكبر وبكلفة أقل لأنها عبارة عن مسحوق مجفف وليس سائلا، كما يمكن للغلاف العضوي المعدني تحمل حرارة تصل إلى 132 درجة فهرنهايت، مما يعني أنك لن تضطر إلى تخزين المايكوبات في ثلاجات".
ولحماية الميكروبات من الحرارة والتجفيف بالتجميد، قرر الباحثون إضافة طبقة أخرى تسمى شبكة الفينول المعدني (metal-phenol network) المعروف اختصارا بـ"إم بي إن" (MPN) والذي طُور سابقا لتغليف الميكروبات لاستخدامات أخرى، مثل حماية البكتيريا العلاجية التي يتم توصيلها إلى الجهاز الهضمي.
بحسب البيان الصحفي الصادر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، فإن الغلاف المعدني الذي طُور لحماية الميكروبات من الحرارة هو عبارة عن طلاء يحتوي على معدن ومركب عضوي يسمى البوليفينول (polyphenol) يمكن أن يتجمعا ذاتيا في غلاف واق لخلايا البكتيريا.
أما المعادن المستخدمة في الطلاء، بما في ذلك الحديد والمنغنيز والألمنيوم والزنك، فهي تعمل كمضافات غذائية، بينما تشتمل البوليفينول -والتي توجد غالبا في النباتات- على جزيئات مثل مضادات الأكسدة، والتي تصنفها إدارة الغذاء والدواء على أنها آمنة بشكل عام.
تقول فورست: "نحن نستخدم هذه المركبات الطبيعية ذات الجودة الغذائية والتي من المعروف أن لها فوائد في تشكيل الدروع الصغيرة التي تحمي الميكروبات".
وفي هذه الدراسة، أنشأ الباحثون 12 نوعا من الطلاء، ووجدوا أن جميع الطلاءات تحمي البكتيريا من درجات حرارة تصل إلى 50 درجة مئوية (122 درجة فهرنهايت)، وكذلك من الرطوبة النسبية حتى 48%. كما أبقت الطلاءات الميكروبات على قيد الحياة أثناء عملية التجفيف بالتجميد.
ومن ناحية أخرى وضمن فوائد الغلاف العضوي المعدني الجديد في تحسين الإنتاج الزراعي، اختبر الباحثون قدرة الغلاف الجديد على مساعدة البذور على الإنبات في طبق المختبر، وسخنوا الميكروبات المغلفة إلى 50 درجة مئوية قبل وضعها في الطبق، وقارنوها بالميكروبات الطازجة غير المغلفة والميكروبات غير المغلفة المجففة بالتجميد.
ووجد الباحثون أن الميكروبات المغلفة حسّنت معدل إنبات البذور بنسبة 150%، مقارنة بالبذور المعالجة بميكروبات طازجة غير مغلفة. وكانت هذه النتيجة متسقة عبر عدة أنواع مختلفة من البذور، بما في ذلك الشبت والذرة والفجل والبوك تشوي.
——————————————
مصادر:
البيان الصادر من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Microbes could help reduce the need for chemical fertilizers https://news.mit.edu/2023/microbes-could-reduce-need-for-chemical-fertilizers-1115 الدراسة المنشورة في دورية الجمعية الكيميائية الأميركية. Self-Assembled Nanocoatings Protect Microbial Fertilizers for Climate-Resilient Agriculture https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.3c00426المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: معهد ماساتشوستس للتکنولوجیا النیتروجین فی بما فی ذلک
إقرأ أيضاً:
الوزراء: نستهدف الوصول لـ«صفر» انبعاثات كربونية باستخدام وقود الطيران المستدام
ذكر مركز المعلومات ودعم اتخاذ القرار بمجلس الوزراء، أنه يمكن لوقود الطيران المستدام أن يُسهم بنحو 65% من خفض الانبعاثات اللازمة للطيران للوصول إلى صافي انبعاثات كربونية صفرية بحلول عام 2050، وذلك وفقا للاتحاد الدولي للنقل الجوي.
وأوضح مركز المعلومات- في التحليل الذي أصدره، حول وقود الطيران المُستدام أن ذلك سيتطلب زيادة هائلة في الإنتاج من أجل تلبية الطلب، ومن المتوقع أن يحدث أكبر تسارع في إنتاجه في ثلاثينيات القرن الواحد والعشرين مع زيادة الدعم السياسي العالمي، وتحول وقود الطيران المُستدام إلى وقود منافس للوقود الأحفوري.
وأشار التحليل إلى أن الحكومة المصرية اتخذت العديد من المبادرات والخطوات التنفيذية خلال الفترة الأخيرة للحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وتعزيز الاستدامة البيئية، وذلك بما يتماشى مع الجهود العالمية لمكافحة تغير المناخ من خلال تعزيز مصادر الطاقة الصديقة للبيئة والمتجددة على المدى المتوسط والطويل، وفي هذا الإطار أعلن قطاع البترول والغاز المصري تأسيس الشركة المصرية لوقود الطائرات المستدام (ESAF)، وهي شركة مخصصة لإنتاج وقود الطيران المُستدام باستخدام المخلفات المحلية كمادة خام أساسية، مع توظيف أحدث التقنيات العالمية.
وبين أن المشروع يستهدف تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 400 ألف طن سنويًّا، وبتكلفة استثمارية تقدر بنحو 530 مليون دولار، ومن المتوقع أن يبدأ الإنتاج في غضون السنوات القليلة المقبلة. ويعكس تأسيس تلك الشركة التزام مصر باللوائح الدولية التي تلزم شركات الطيران العالمية بمزج وقود الطائرات التقليدي مع وقود الطائرات المستدام لتقليل الانبعاثات الكربونية الناجمة عن قطاع الطيران.
وأشار التحليل إلى أن جولي كيتشر الرئيس التنفيذي للاستدامة في شركة إيرباص صرحت بأن وقود الطيران المستدام هو أكثر الطرق فاعلية لخفض انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون في صناعة الطيران، حيث شهَّد قطاع الطيران نموًّا ملحوظًا في السنوات الأخيرة، وعلى الرغم من التحسينات التي طرأت على كفاءة الطائرات، فإن الرحلات الجوية لا تزال أحد مصادر الانبعاثات الكربونية، وفي إطار التوجهات العالمية نحو خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يمكن لشركات الطيران تقليص انبعاثاتها من خلال استخدام بديل منخفض الكربون والذي يُعرف باسم وقود الطيران المستدام (Sustainable Aviation Fuel).
وأوضح التحليل، أن قطاع الطيران يُعد من القطاعات الحيوية في الاقتصاد العالمي، حيث يُسهم في نقل الأشخاص والبضائع عبر القارات، ومع ذلك، فإن له تأثيرات بيئية ملحوظة، خاصة فيما يتعلق بانبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO2)، ففي عام 2022، شكل قطاع الطيران حوالي 2% من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، و12% من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في قطاع النقل على المستوى العالمي. وعلى الرغم من أن صناعة الطيران تمتلك حصة صغيرة نسبيًّا من الانبعاثات العالمية، فإنها واحدة من أكثر القطاعات تحديًا في إطار تخفيض انبعاثات الكربون، وذلك نظرًا للاحتياج إلى وقود سائل كثيف الطاقة لتشغيل طائرة ستحمل عدة مئات من الركاب والبضائع على بعد آلاف الأميال بسرعات عالية في مركبة يمكن أن تزن عدة مئات من الأطنان. وفي هذا الصدد، ظهرت الحاجة إلى اتخاذ العديد من التدابير التي من شأنها تخفيض الانبعاثات الكربونية لقطاع الطيران، وقد وضعت منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) هدفًا طموحًا للوصول إلى صافي انبعاثات كربونية صفرية لقطاع الطيران الدولي بحلول عام 2050.
وفي هذا السياق.. يُمثل وقود الطيران المستدام فرصة بالغة الأهمية لخفض الانبعاثات الكربونية المرتبطة بالطيران للوصول إلى هدف صافي انبعاثات صفرية من ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2050.
وأشار التحليل إلى أن وقود الطيران المُستدام هو وقود حيوي يستخدم لتشغيل الطائرات وله خصائص مماثلة لوقود الطائرات الأحفوري التقليدي ولكن ببصمة كربونية أصغر، كما يُعرَّف بأنه الوقود المتجدد أو المشتق من النفايات، بالشكل الذي يجعله يلبي معايير الاستدامة البيئية من خلال تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري خلال دورة الحياة بشكل كبير مقارنة بالوقود الأحفوري التقليدي. ويمكن إنتاج وقود الطيران المستدام من خلال عدد من المصادر، منها: الزيوت النباتية أو الدهون الحيوانية، النفايات العضوية أو البلاستيكية.
ونوه بأن وقود الطيران المستدام يعد صديقًا للبيئة، حيث لا تتطلب المواد الخام التي يستخدمها الانتقاص من المحاصيل الغذائية أو الإنتاج، ولا يتطلب استخدامًا متزايدًا للموارد مثل المياه أو إزالة الأراضي، كما أنه لا يُعزز التحديات البيئية مثل إزالة الغابات أو فقدان إنتاجية التربة أو فقدان التنوع البيولوجي.
وفي حين أن الوقود الأحفوري يضيف إلى المستوى الإجمالي لثاني أكسيد الكربون، فإن وقود الطيران المستدام يعيد تدوير ثاني أكسيد الكربون الذي امتصته الكتلة الحيوية -مثل الخشب والنفايات الزراعية- المستخدمة في المواد الخام أثناء مسار حياتها، أي أن ثاني أكسيد الكربون الذي تمتصه الكتلة الحيوية أثناء مرحلة نموها يعادل تقريبًا الكمية المنتجة عند استخدام الوقود، وذلك من شأنه أن يجعل وقود الطيران المستدام محايدًا للكربون.
وأكد التحليل في ختامه أنه على الرغم من أن تخفيض الانبعاثات الكربونية في قطاع الطيران يمثل تحديًا كبيرًا، فإن التوسع في استخدام وقود الطيران المستدام يُمثل خطوة مهمة نحو تحقيق الاستدامة في قطاع الطيران، وذلك نظرًا لمساهمته بشكلٍ كبير في تعزيز الاستدامة البيئية وتخفيض الانبعاثات الكربونية، علاوة على تحسين أداء الطائرات، وخلق فرص اقتصادية في المُجتمعات الزراعية. وعلى الرغم من التحديات التي تواجه إنتاجه، فيمكن أن يصبح وقود الطيران المستدام جزءًا أساسيًّا من مستقبل الطيران المستدام.
اقرأ أيضاًمعلومات الوزراء: 89% من المصريين يركزون على الأعمال الخيرية في رمضان
معلومات الوزراء يحتفي بنماذج مشرفة من القيادات النسائية المساهمة في تحقيق أهداف المركز
معلومات الوزراء: 177 منطقة صناعية في مصر والقاهرة تستحوذ على الصدارة بـ 14%
"تلغرام" يسمح بتداول العملات المشفرة