nitrógeno molécula

Nitrógeno reactivo en el medio ambiente

Problemas ambientales
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Formas de nitrógeno reactivo

El Nitrógeno elemental (N 2 ) se compone de dos átomos de nitrógeno, que acopla una unión muy fuerte entre sí. Por lo tanto, el nitrógeno elemental es difícilmente reactivo y no puede ser usado por la mayoría de los seres vivos. En contraste, el nitrógeno reactivo entra en múltiples enlaces con sustancias orgánicas e inorgánicas. Es fundamental para todos los procesos de la vida. La disponibilidad de nitrógeno reactivo a menudo limita el crecimiento de las plantas y, por lo tanto, un suministro suficiente de nitrógeno reactivo es crítico para la producción de alimentos. Sin embargo, cuando el nitrógeno reactivo se libera en el medio ambiente en cantidades excesivas, se convierte en uno de los contaminantes más importantes para los seres humanos y los ecosistemas.
Formas especialmente relevantes para el medio ambiente de nitrógeno reactivo son
  • los gases amoníaco (NH 3 ), monóxido de nitrógeno (NO), dióxido de nitrógeno (NO 2 ) y óxido nitroso (N 2 O), así como
  • Amonio (NH 4 + ) y nitrato (NO 3 ), que se disuelven y se producen en polvo fino.
Las diversas formas de nitrógeno reactivo son muy móviles e interconvertibles. Circulan a través de un ciclo biogeoquímico entre aire, suelo, agua y organismos.
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Fuentes de nitrógeno reactivo.

Alrededor del 50 por ciento del suministro de nitrógeno de nuestro planeta se encuentra en la atmósfera como compuestos de nitrógeno gaseoso . Con mucho, la mayor parte (más del 99%) de esto es el nitrógeno elemental inerte. Sólo unos pocos procesos naturales convierten el nitrógeno elemental en formas reactivas. B. dividir el nitrógeno elemental y así hacer que la planta esté disponible. Sin embargo, desde la revolución industrial, los procesos humanos han transformado significativamente más nitrógeno elemental en formas reactivas. Se espera que la tasa se haya multiplicado por diez en comparación con los niveles preindustriales. Los procesos de conversión más importantes son
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  • la combustión de combustibles fósiles y la emisión asociada de óxidos de nitrógeno (NO x ),
  • la síntesis de amoníaco (NH 3 ) mediante el proceso de Haber-Bosch (principalmente para la producción de fertilizantes), así como
  • El cultivo de leguminosas.

Efectos del nitrógeno reactivo.

La liberación excesiva de compuestos de nitrógeno reactivos perturba gravemente los ciclos de los materiales naturales y las relaciones con los ecosistemas. Los efectos adversos significativos para los seres humanos y el medio ambiente son el resultado.

  • La sobresaturación espacial de nutrientes ( eutrofización ) y la acidificación de los ecosistemas tienen consecuencias sostenibles, como la pérdida de biodiversidad.
  • La lixiviación del nitrato pone en peligro la calidad del agua potable.
  • El aumento de las emisiones de óxido nitroso agravará aún más el cambio climático.
  • Los compuestos de nitrógeno gaseosos son precursores del ozono a nivel del suelo y de las partículas secundarias y representan un riesgo para la salud humana.
  • El aumento de las concentraciones de amoníaco y ozono en la atmósfera causan daños generalizados en plantas sensibles en Europa.
  • El dióxido de nitrógeno daña el sistema respiratorio y por lo tanto la salud humana.

problemas respiratorios

Estrategias de mitigación – Enfoques integrados e internacionales

La adaptabilidad del nitrógeno puede permitir que las medidas de reducción en un área ambiental cambien los problemas a otra área e incluso los aumenten allí. Para reducir efectivamente las emisiones de compuestos de nitrógeno reactivos y reducir los muchos impactos ambientales negativos, se necesitan conceptos integrados. En este contexto, la Agencia Federal de Medio Ambiente en 2009 desarrolló una estrategia integrada para la reducción de las emisiones de nitrógeno para Alemania. También a nivel europeo e internacional, en los últimos años se están desarrollando soluciones supra-regionales y de medios cruzados.
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Reducción integrada de emisiones de nitrógeno.

A pesar de muchos años de esfuerzos para reducir los aportes de nitrógeno en el medio ambiente, la mayoría de los objetivos de calidad ambiental y tratamiento no se han cumplido.

  • Debido al continuo exceso de fertilización de los ecosistemas como resultado de los aportes de nitrógeno, la pérdida de biodiversidad continúa sin disminuir.
  • Se superan las directivas existentes y los valores límite para la protección de la salud humana frente al riesgo de nitratos en el agua potable y del NO 2 , las partículas y el ozono en el aire exterior.
  • Alemania se establece en los objetivos de reducción de emisiones de la UE Directiva NEC para el NO x no se espera que llegue a amoniaco y sin medidas adicionales.
  • La estabilización de las concentraciones de gases de efecto invernadero en la atmósfera para prevenir interferencias antropogénicas peligrosas con el sistema climático requiere una reducción significativa en la liberación de óxido nitroso (N 2 O).

Las medidas existentes para reducir las emisiones de nitrógeno a menudo no eran lo suficientemente efectivas, ya que las regulaciones y regulaciones legales se limitaban a rangos de emisiones individuales o solo afectaban a un efecto ambiental o un bien protegido. Sin embargo, en el contexto de la capacidad de convertir y transportar compuestos de nitrógeno reactivos, evitar emisiones en un área puede llevar a un cambio indeseable de problemas hacia otras áreas ambientales.

Para mitigar los efectos ambientales negativos y al mismo tiempo hacer un uso eficiente de los beneficios del nitrógeno reactivo en la producción de alimentos, se necesita un enfoque integrado. Las compilaciones contienen un balance que cuantifica el ciclo del nitrógeno en Alemania a través de todos los medios ambientales (aire, agua, suelo). Los emisores más importantes de nitrógeno reactivo son la agricultura, el transporte y la industria energética. Además del balance, la estrategia contiene una lista de posibles instrumentos y medidas para reducir las emisiones de nitrógeno reactivo. Se dice que la agricultura tiene la mayor necesidad de acción, pero también el mayor potencial de reducción.

Iniciativas internacionales para reducir las emisiones de nitrógeno.

La congestión de los ecosistemas con compuestos de nitrógeno reactivos afecta no solo a Alemania y Europa. Los seres humanos influyen masivamente en el ciclo global del nitrógeno. En todo el mundo, aproximadamente cuatro veces más nitrógeno se convierte a la forma reactiva de lo que es sostenible para la supervivencia a largo plazo. Debido a la creciente demanda de energía y al crecimiento de la población, se puede suponer una agravación adicional del problema.Es un problema global transversal de protección del medio ambiente.Desde hace varios años, varias redes europeas y mundiales de científicos y responsables políticos han llamado cada vez más la atención sobre los problemas globales derivados de la sobrecarga del ciclo del nitrógeno. Se deben responder preguntas importantes para desarrollar estrategias de solución.

  • ¿Cuáles son las fuentes y sumideros más importantes de nitrógeno reactivo a nivel mundial?
  • ¿Qué tan grandes son los flujos globales de nitrógeno? A través de los transportes globales de alimentos y piensos, estos flujos de nitrógeno a veces están muy alejados de su formación.
  • ¿Cómo se puede aumentar la eficiencia global del nitrógeno?
  • ¿Qué otras medidas de mitigación están disponibles para nosotros y cómo se pueden implementar?
  • ¿Qué interacciones existen entre el ciclo del nitrógeno, el ciclo del carbono y el clima ?
  • ¿Cómo se puede ampliar la base de datos para cuantificar mejor la eliminación de nitrógeno reactivo a través de la conversión a nitrógeno elemental (desnitrificación) y la acumulación de nitrógeno en los ecosistemas?

La Global Global Nitrogen Initiative (INI) se fundó en 2002 con el objetivo de fortalecer el uso de nitrógeno reactivo como parte de la producción sostenible de alimentos y minimizar los impactos negativos en los seres humanos y el medio ambiente. Sus cinco centros regionales en los cinco continentes coordinan la red efectiva de científicos y otros actores relevantes (por ejemplo, la industria de fertilizantes), promoviendo así el desarrollo de enfoques de solución y evaluación regionales y su integración en una estrategia común.

En Europa, numerosas redes de investigación proporcionan información sobre la emisión , el transporte y los efectos de los compuestos de nitrógeno reactivos en todos los medios ambientales.Este conocimiento de fondo es necesario para poder derivar y desarrollar razonablemente políticas e instrumentos. Los resultados se publicaron en una Evaluación Europea de Nitrógeno (ENA).

El Convenio de Ginebra sobre contaminación del aire utiliza estos hallazgos científicos para desarrollar nuevas estrategias. La “Fuerza de Tarea de Nitrógeno Reactivo” ha sido encargada desde 2008 para desarrollar enfoques integrados para reducir las emisiones de compuestos de nitrógeno reactivos.

Los acuerdos internacionales que tienen como objetivo preservar los bienes protegidos individuales también tratan intensamente el problema del nitrógeno. Particularmente en el campo del control de la contaminación del aire y la protección marina, los acuerdos internacionales son esenciales para el progreso en el estado del medio ambiente. Por ejemplo, los acuerdos internacionales sobre la protección del Mar del Norte y el Báltico (Convenio para la Protección del Medio Marino del Mar Báltico – HELCOM) acordaron reducir a la mitad las cargas de nitrógeno en los ríos tan pronto como en la década de 1980. Aguas costeras de ambos mares para reducir la plaga de algas y el agotamiento del oxígeno. La reducción de las cargas de nitrógeno solo se ha logrado recientemente en Alemania para el Mar Báltico.

En el marco del Convenio de las Naciones Unidas sobre la Diversidad Biológica (CDB), la reducción de la contaminación por nitrógeno de los ecosistemas desempeña un papel clave en la protección de la biodiversidad . El acuerdo ha establecido la evolución de la entrada de nitrógeno como un indicador para evaluar los éxitos en la reducción de la tasa actual de pérdida de especies.

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Francisco Lamamie de Clairac

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