研究人员建立绿色肥料系统以重复利用废物减少温室气体排放

中西部的研究人员希望减少农作物肥料中的部分温室气体排放。

来自爱荷华州立大学和堪萨斯州威奇托州立大学的研究团队正在联手开发一种系统，该系统可以捕获废弃的氮和二氧化碳，以生产绿色肥料，从而减少一氧化二氮的排放，一氧化二氮是一种温室气体，其效力比二氧化碳强 300 倍。

根据研究总结，该系统的大目标是“推广不含 N 2 O(一氧化二氮)和 CO 2 (二氧化碳)的氮肥，使其具有经济弹性和环境意识，作为缓解所面临挑战的创新方法受气候变化威胁的中西部农业和牧场社区。”

美国国家科学基金会正在为该项目提供为期四年、价值 400 万美元的资助，其中一半捐给爱荷华州立大学，一半捐给威奇托州立大学。资金来自该机构的刺激竞争性研究既定计划(称为 EPSCoR)。

EPSCoR 拨款旨在在全国范围内建设科学基础设施和能力。这笔赠款来自 EPSCoR 的“Track 2”计划，该计划旨在促进各州或领地之间的研究合作。该计划目前的重点是“推进气候变化研究和抵御能力”。

一个项目，两个团队

化学与生物工程教授、赫伯特·L·斯泰尔斯教员研究员李文珍将领导爱荷华州立大学的该项目工作。其他团队成员包括威廉·T·弗兰克伯格土壤科学教授迈克尔·卡斯特拉诺 (Michael Castellano);梁栋，Vikram L. Dalal 电气与计算机工程教授;Fallys Masambuka-Kanchewa，农业教育和研究助理教授。

该团队的任务将包括设计材料、工艺和反应器，用于电化学捕获和转化废氮和二氧化碳以生产称为“绿色尿素”的肥料，模拟作物中的氮循环，开发和测试作物氮传感器以及对农民进行教育和牧场主关于新肥料的信息。

(尿素是肥料和化学品中的常见成分。哺乳动物用它来排出尿液中的氮;必须将其纯化才能用于肥料。高纯度尿素也可以由无机材料合成。)

研究人员还希望利用风能和太阳能为绿色肥料的电化学合成提供动力，从而提高该项目的可持续性。“我们希望利用爱荷华州和堪萨斯州目前生产和使用的丰富的可再生能源，”李说。

威奇托州立大学机械工程副教授顾双将领导堪萨斯州的该项目。他将与生物科学教授 Mark Schneegurt 一起工作。Janet Twomey，工程学院负责研究生学习、研究和教师成功的副院长，工业、系统和制造工程教授;沉若文，雨果·沃尔公共事务学院助理教授。

堪萨斯团队的任务将包括捕获和浓缩硝酸盐、分离尿素、研究土壤微生物群落、进行绿色肥料的生命周期评估以及确定绿色肥料的社会影响。

爱荷华州立大学和威奇托州立大学的研究人员已经在其他项目上进行了合作，因此进行这种新的合作是有意义的。

顾说：“爱荷华州的 ISU 和堪萨斯州的 WSU 在共同的问题、对中西部农业和牧场的共同兴趣以及互补的研究专业知识和教育实力方面有着无缝的协同作用。”

构建全新系统

李说，该项目不仅仅是创造一种新的绿色肥料产品。它将创建一个完整的技术和理解系统，可以减少化肥中一氧化二氮的排放。

研究人员将找出如何从农业径流中捕获废弃的氮和二氧化碳。他们还将开发从收集的氮气和二氧化碳合成绿色尿素的技术。

研究人员还将对使用绿色肥料进行生命周期和经济分析，开发用于现场测量植物氮使用量的先进传感器，研究植物一氧化二氮的代谢，研究政策变化的影响并努力鼓励使用的绿色肥料。

“生活在中西部——农业的中心，”顾和李写道，“我们觉得有义务做一些事情来缓解这个全国性的温室气体、一氧化二氮排放问题。释放一氧化二氮的氮肥可以促进中西部农业的长期繁荣和繁荣，同时缓解气候变化问题。”