کشاورزی فشرده تنها در صورتی امکان پذیر است که خاک با نیتروژن، فسفر و پتاسیم بارور شود. در حالی که فسفر و پتاسیم را می توان به عنوان نمک استخراج کرد، کود نیتروژن باید به سختی از نیتروژن موجود در هوا و از هیدروژن تولید شود. و، تولید هیدروژن بسیار انرژی بر است و در حال حاضر به مقادیر زیادی گاز طبیعی یا – مانند چین – زغال سنگ نیاز دارد. تولید کود نیتروژن علاوه بر داشتن ردپای کربن نسبتاً بزرگ، در برابر شوک های قیمتی در بازارهای سوخت های فسیلی آسیب پذیر است.

پائولو گابریلی، دانشمند ارشد آزمایشگاه قابلیت اطمینان و مهندسی ریسک در ETH زوریخ، با لورنزو روزا، محقق اصلی در موسسه علوم کارنگی در استنفورد، ایالات متحده، برای بررسی روش‌های مختلف تولید کربن خنثی برای کود نیتروژن همکاری کرده است. در مطالعه ای که در مجله Environmental Research Letters منتشر شد، این دو محقق به این نتیجه رسیدند که انتقال در تولید نیتروژن امکان پذیر است و چنین انتقالی ممکن است امنیت غذایی را نیز افزایش دهد. با این حال، روش های تولید جایگزین دارای مزایا و معایبی هستند. به طور خاص، این دو محقق سه جایگزین را بررسی کردند:

• تولید هیدروژن لازم با استفاده از سوخت‌های فسیلی به‌طور معمول، تنها به جای انتشار گاز گلخانه‌ای CO ₂ در اتمسفر، در کارخانه‌های تولید جمع‌آوری شده و به‌طور دائم در زیر زمین ذخیره می‌شود (گرفتن و ذخیره‌سازی کربن، CSS). این نه تنها به یک زیرساخت برای جذب، انتقال و ذخیره CO ₂ نیاز دارد ، بلکه به انرژی بیشتری نیز نیاز دارد. با وجود این، این یک روش تولید نسبتاً کارآمد است. با این حال، هیچ کاری برای کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی انجام نمی دهد.
• برق رسانی به تولید کود با استفاده از الکترولیز آب برای تولید هیدروژن. این به طور متوسط ​​25 برابر بیشتر از روش تولید امروزی با استفاده از گاز طبیعی نیاز دارد، بنابراین مقدار زیادی برق از منابع بی کربن مصرف می شود. برای کشورهایی که انرژی خورشیدی یا بادی فراوانی دارند، این ممکن است یک رویکرد جذاب باشد. با این حال، با توجه به برنامه هایی برای برق رسانی به بخش های دیگر اقتصاد به نام اقدام اقلیمی، ممکن است به رقابت برای برق پایدار منجر شود.
• سنتز هیدروژن برای تولید کود از زیست توده از آنجایی که به زمین زراعی و آب زیادی نیاز دارد، از قضا این روش تولید با تولید مواد غذایی رقابت می کند. اما نویسندگان این مطالعه خاطرنشان می‌کنند که منطقی است که ماده اولیه زیست توده زباله باشد – به عنوان مثال، بقایای محصولات.

دانشمندان بیان می کنند که کلید موفقیت احتمالاً ترکیبی از همه این رویکردها بسته به کشور و شرایط خاص محلی و منابع موجود است. در هر صورت، ضروری است که کشاورزی از کودهای نیتروژنی استفاده بهینه‌تری داشته باشد، همانطور که رزا تأکید می‌کند: «رفع مشکلاتی مانند کوددهی بیش از حد و ضایعات مواد غذایی نیز راهی برای کاهش نیاز به کود است.»

هند و چین در خطر هستند

در این مطالعه، دانشمندان همچنین به دنبال شناسایی کشورهایی از جهان بودند که امنیت غذایی در آنها به دلیل وابستگی آنها به واردات نیتروژن یا گاز طبیعی در حال حاضر در خطر است. کشورهای زیر به ویژه در برابر شوک های قیمتی در بازارهای گاز طبیعی و نیتروژن آسیب پذیر هستند: هند، برزیل، چین، فرانسه، ترکیه و آلمان.

کربن زدایی تولید کود در بسیاری از موارد این آسیب پذیری را کاهش می دهد و امنیت غذایی را افزایش می دهد. حداقل، برق رسانی از طریق انرژی های تجدیدپذیر یا استفاده از زیست توده وابستگی به واردات گاز طبیعی را کاهش می دهد. با این حال، محققان این نکته را در نظر گرفتند: تمام روش‌های تولید کود نیتروژنی بدون کربن نسبت به روش فعلی استفاده از سوخت‌های فسیلی انرژی بیشتری دارند. به عبارت دیگر، آنها هنوز در برابر شوک های قیمتی خاص آسیب پذیر هستند – نه در بازارهای گاز طبیعی به طور مستقیم، بلکه شاید در بازارهای برق.

تولیدکنندگان نیتروژن با تغییر روبرو هستند

دانشمندان در مطالعه خود خاطرنشان کردند که کربن زدایی احتمالاً ترکیب کشورهای تولید کننده کود نیتروژن را تغییر می دهد. همانطور که اوضاع پیش می رود، روسیه، چین، مصر، قطر و عربستان سعودی بزرگترین کشورهای صادرکننده نیتروژن هستند. به جز چین که مجبور به واردات گاز طبیعی است، همه این کشورها می توانند از ذخایر گاز طبیعی خود استفاده کنند. در آینده، کشورهایی که احتمالاً از کربن زدایی سود خواهند برد، کشورهایی هستند که انرژی خورشیدی و بادی زیادی تولید می کنند و همچنین دارای ذخایر کافی از زمین و آب هستند، مانند کانادا و ایالات متحده.

گابریلی می‌گوید: «در آینده نمی‌توان تقاضای کشاورزی برای نیتروژن را پایدارتر کرد، هم برای دستیابی به اهداف آب و هوایی و هم به دلایل امنیت غذایی.» جنگ در اوکراین بر بازار جهانی مواد غذایی تأثیر می گذارد نه تنها به این دلیل که این کشور معمولاً غلات زیادی صادر می کند، بلکه به این دلیل که درگیری باعث افزایش قیمت گاز طبیعی شده است. این به نوبه خود باعث افزایش قیمت کودهای نیتروژن شده است. با این حال، برخی از تولیدکنندگان کود، حداقل به طور موقت، تولید خود را متوقف کرده اند، زیرا هزینه گزاف گاز، تولید را برای آنها غیراقتصادی می کند.