Phân bón được tạo ra như thế nào?

Tổng quan về phân bón

Phân bón là một chất được thêm vào đất để cải thiện sự tăng trưởng và năng suất của cây. Được sử dụng đầu tiên bởi những người nông dân cổ đại. Ngày nay, công nghệ phân bón phát triển đáng kể khi nhu cầu sử dụng phân bón hóa học của cây trồng được phát hiện. Phân bón tổng hợp hiện đại (Phân NPK) bao gồm chủ yếu là các hợp chất nitơ, phốt pho và kali với các chất dinh dưỡng thứ cấp được thêm vào. Việc sử dụng phân bón tổng hợp đã cải thiện đáng kể chất lượng và số lượng thực phẩm hiện có ngày nay, mặc dù việc sử dụng lâu dài của chúng được tranh luận bởi các nhà môi trường học.

Giống như tất cả các sinh vật sống, thực vật được tạo thành từ các tế bào. Trong các tế bào này xảy ra nhiều phản ứng hóa học trao đổi chất chịu trách nhiệm cho sự tăng trưởng và sinh sản. Vì thực vật không ăn thức ăn như động vật, chúng phụ thuộc vào chất dinh dưỡng trong đất để cung cấp các hóa chất cơ bản cho các phản ứng trao đổi chất này. Tuy nhiên, việc cung cấp các thành phần này trong đất bị hạn chế, và khi cây được thu hoạch, nó bị thu hẹp, làm giảm chất lượng và năng suất của cây.

Phân bón thay thế các thành phần hóa học được lấy từ đất bằng cách trồng cây. Tuy nhiên, chúng cũng được thiết kế để cải thiện tiềm năng phát triển của đất và phân bón có thể tạo ra một môi trường phát triển tốt hơn đất tự nhiên. Chúng cũng có thể được điều chỉnh để phù hợp với loại cây trồng đang được trồng. Thông thường, phân bón bao gồm các hợp chất nitơ, phốt pho và kali. Chúng cũng chứa các nguyên tố vi lượng giúp cải thiện sự phát triển của thực vật.

Các thành phần chính trong phân bón là các chất dinh dưỡng rất quan trọng cho sự phát triển của cây

Thực vật sử dụng nitơ trong quá trình tổng hợp protein, axit nucleic và hormone. Khi cây thiếu nitơ, chúng được đánh dấu bằng sự giảm sự phát triển và màu vàng của lá. Thực vật cũng cần phốt pho, một thành phần của axit nucleic, phospholipids và một số protein. Nó cũng là cần thiết để cung cấp năng lượng để thúc đẩy các phản ứng hóa học trao đổi chất. Không có đủ phốt pho, tăng trưởng thực vật bị giảm. Kali là một chất chính khác mà thực vật lấy từ đất. Nó được sử dụng trong tổng hợp protein và các quá trình thực vật quan trọng khác. Màu vàng, đốm của mô chết, thân và rễ yếu là những dấu hiệu cho thấy cây thiếu đủ kali.

Canxi, magiê và lưu huỳnh cũng là những nguyên liệu quan trọng trong sự phát triển của thực vật. Chúng chỉ được bao gồm trong phân bón với số lượng nhỏ, tuy nhiên, vì hầu hết các loại đất tự nhiên chứa đủ các thành phần này. Các vật liệu khác là cần thiết với số lượng tương đối nhỏ cho sự tăng trưởng của thực vật. Những vi chất dinh dưỡng này bao gồm sắt, clo, đồng, mangan, kẽm, molypden, và boron, hoạt động chủ yếu như các đồng yếu tố trong các phản ứng enzyme. Mặc dù chúng có thể có mặt với một lượng nhỏ, những hợp chất này không kém phần quan trọng đối với sự tăng trưởng và nếu không có chúng, thực vật có thể chết.

Nhiều chất khác nhau được sử dụng để cung cấp các chất dinh dưỡng thiết yếu cần thiết cho một loại phân bón hiệu quả. Các hợp chất này có thể được khai thác hoặc phân lập từ các nguồn tự nhiên. Ví dụ bao gồm natri nitrat, rong biển, xương, guano, kali và đá phốt phát. Các hợp chất cũng có thể được tổng hợp hóa học từ các nguyên liệu thô cơ bản. Chúng bao gồm những thứ như amoniac, urê, axit nitric và amoni photphat. Vì các hợp chất này tồn tại ở một số trạng thái vật lý, phân bón có thể được bán dưới dạng chất rắn, chất lỏng hoặc bùn.

Lịch sử ngành phân bón

Quá trình thêm các chất vào đất để cải thiện khả năng sinh trưởng của nó đã được phát triển trong những ngày đầu của nông nghiệp. Nông dân cổ đại biết rằng sản lượng đầu tiên trên một mảnh đất tốt hơn nhiều so với những năm sau đó. Điều này khiến họ phải chuyển đến những khu vực mới, không văn minh, một lần nữa cho thấy mô hình giảm sản lượng theo thời gian. Cuối cùng, người ta đã phát hiện ra rằng sự phát triển của thực vật trên một mảnh đất có thể được cải thiện bằng cách rải phân động vật ra khắp đất.

Theo thời gian, phân bón trở nên tinh tế hơn. Các chất mới cải thiện sự tăng trưởng của thực vật đã được phát hiện. Người Ai Cập được biết là đã thêm tro từ cỏ dại bị đốt cháy vào đất. Các sản phẩm của Hy Lạp và La Mã cổ đại chỉ ra rằng các loại phân động vật khác nhau đã được sử dụng, tùy thuộc vào loại đất hoặc cây trồng. Vào thời điểm này, người ta cũng biết rằng trồng cây họ đậu trên đất trước khi trồng lúa mì là có lợi. Các loại vật chất khác được thêm vào bao gồm vỏ sò biển, đất sét, chất thải thực vật, chất thải từ các quy trình sản xuất khác nhau và các loại rác khác.

Nghiên cứu có tổ chức về công nghệ phân bón bắt đầu vào đầu thế kỷ XVII. Ban đầu, các nhà khoa học như Francis Bacon và Johann Glauber đã mô tả các tác động có lợi của việc bổ sung muối vào đất. Glauber đã phát triển loại phân khoáng hoàn chỉnh đầu tiên, đó là hỗn hợp của muối tiêu, vôi, axit photphoric, nitơ và kali. Khi các lý thuyết hóa học khoa học phát triển, nhu cầu hóa học của thực vật đã được phát hiện, dẫn đến thành phần phân bón được cải thiện.

Nhà hóa học hữu cơ Justus von Liebig đã chứng minh rằng thực vật cần các nguyên tố khoáng như nitơ và phốt pho để phát triển. Ngành công nghiệp phân bón hóa học được cho là bắt đầu với một bằng sáng chế được cấp cho Sir John Lawes, trong đó phác thảo phương pháp sản xuất theo một dạng phốt phát là loại phân bón hiệu quả. Ngành công nghiệp phân bón tổng hợp đã trải qua sự tăng trưởng đáng kể sau Chiến tranh thế giới thứ nhất, khi các cơ sở sản xuất amoniac và nitrat tổng hợp cho chất nổ được chuyển đổi sang sản xuất phân bón dựa trên nitơ.

Nguyên liệu sản xuất phân bón

Các loại phân bón được nêu ở đây là phân bón hỗn hợp bao gồm phân bón chính và chất dinh dưỡng thứ cấp. Chúng chỉ đại diện cho một loại phân bón và các loại dinh dưỡng đơn lẻ khác cũng được tạo ra. Các nguyên liệu thô, ở dạng rắn, có thể được cung cấp cho các nhà sản xuất phân bón với số lượng lớn hàng ngàn tấn trong thùng kim loại và thùng chứa.

Phân bón bao gồm các chất có nguồn gốc từ nitơ, phốt pho và kali. Nguyên liệu thô khác nhau được sử dụng để sản xuất các hợp chất này. Khi amoniac được sử dụng làm nguồn nitơ trong phân bón, một phương pháp sản xuất tổng hợp đòi hỏi phải sử dụng khí tự nhiên và không khí. Thành phần phốt pho được tạo ra bằng cách sử dụng lưu huỳnh, than đá và đá phốt phát. Nguồn kali đến từ kali clorua, thành phần chính của kali.

Chất dinh dưỡng thứ cấp được thêm vào một số phân bón để giúp làm cho chúng hiệu quả hơn. Canxi được lấy từ đá vôi, có chứa canxi cacbonat, canxi sunfat và canxi magiê cacbonat. Nguồn magiê trong phân bón có nguồn gốc từ dolomite. Lưu huỳnh là một vật liệu khác được khai thác và thêm vào phân bón. Các vật liệu khai thác khác bao gồm sắt từ sắt sunfat, đồng và molypden từ oxit molypden.

Xem thêm:

Tìm hiểu phân bón TSP và NSP

Phân bón nào tốt hơn? MAP hay DAP?

Quy trình sản xuất phân bón

Các nhà máy tích hợp đầy đủ công nghệ được thiết kế để sản xuất phân bón hỗn hợp. Tùy thuộc vào thành phần thực tế của sản phẩm cuối cùng, quy trình sản xuất sẽ khác nhau từ nhà sản xuất đến nhà sản xuất.

Thành phần phân đạm

• Amoniac là một thành phần trong phân bón nitơ có thể được tổng hợp từ các nguyên liệu thô đắt tiền. Vì nitơ chiếm một phần đáng kể trong khí quyển trái đất, một quá trình đã được phát triển để sản xuất amoniac từ không khí. Trong quá trình này, phân bón khí tự nhiên và hơi nước được bơm vào một tàu lớn. Tiếp theo, không khí được bơm vào hệ thống, và oxy được loại bỏ bằng cách đốt cháy khí tự nhiên và hơi nước. Điều này chủ yếu để lại nitơ, hydro và carbon dioxide. Carbon dioxide được loại bỏ và ammonia được sản xuất bằng cách đưa một dòng điện vào hệ thống. Các chất xúc tác như oxit sắt từ (Fe3O4) đã được sử dụng để cải thiện tốc độ và hiệu quả tổng hợp amoniac. Bất kỳ tạp chất được loại bỏ khỏi amoniac, và nó được lưu trữ trong các bể cho đến khi nó được xử lý thêm.
• Mặc dù amoniac đôi khi được sử dụng làm phân bón, nhưng nó thường được chuyển đổi thành các chất khác để dễ xử lý. Axit nitric được sản xuất bằng cách trộn amoniac và không khí đầu tiên trong bể. Với sự có mặt của chất xúc tác, một phản ứng xảy ra sẽ chuyển đổi amoniac thành oxit nitric. Oxit nitric được phản ứng hơn nữa với sự có mặt của nước để tạo ra axit nitric.
• Axit nitric và amoniac được sử dụng để tạo ra amoni nitrat. Hoá chất này là một thành phần phân bón tốt vì nó có nồng độ nitơ cao. Hai hoá chất được trộn với nhau và xảy ra phản ứng trung hòa, tạo ra amoni nitrat. Sau đó có thể được lưu trữ cho đến khi nó sẵn sàng để được tạo hạt và trộn với các thành phần phân bón khác.

Thành phần phân lân

• Để phân lập phốt pho từ đá phốt phát, nó được xử lý bằng axit sunfuric, tạo ra axit photphoric. Một số hoá chất này được phản ứng thêm với axit sulfuric và axit nitric để tạo ra Triple Superphosphate, một nguồn phốt pho tuyệt vời ở dạng rắn. Một số axit photphoric cũng được phản ứng với amoniac. Phản ứng này tạo ra ammonium phosphate, một loại phân bón tốt khác.

Thành phần phân kali

• Kali clorua thường được cung cấp cho các nhà sản xuất phân bón với số lượng lớn. Nhà sản xuất chuyển đổi nó thành một hình thức có thể sử dụng nhiều hơn bằng cách tạo hạt. Điều này làm cho nó dễ dàng hơn để trộn với các thành phần phân bón khác trong bước tiếp theo.

Tạo hạt và pha trộn

• Để sản xuất phân bón ở dạng có thể sử dụng nhất, mỗi hợp chất khác nhau, amoni nitrat, kali clorua, amoni photphat và Triple Superphosphate được tạo hạt và trộn với nhau. Một phương pháp tạo hạt liên quan đến việc đưa vật liệu rắn vào trống quay có trục nghiêng. Khi trống quay, các mảnh của phân bón rắn có hình dạng hình cầu nhỏ. Chúng được đưa qua một màn hình phân tách các hạt có kích thước phù hợp. Một lớp bụi trơ sau đó được áp dụng cho các hạt, giữ cho mỗi hạt rời rạc và ức chế để giữ độ ẩm. Cuối cùng, các hạt được sấy khô, hoàn thành quá trình tạo hạt.
• Các loại hạt khác nhau được trộn với nhau theo tỷ lệ thích hợp để tạo ra phân bón hỗn hợp. Việc trộn được thực hiện trong một thùng trộn lớn có thể quay một số lượt cụ thể để tạo ra hỗn hợp tốt nhất có thể. Sau khi trộn, phân bón được đổ vào băng chuyền, vận chuyển nó đến máy đóng bao.

Đóng bao

• Phân bón thường được cung cấp cho nông dân trong các túi lớn. Để lấp đầy những túi này, phân bón trước tiên được đưa vào một phễu lớn. Một lượng thích hợp được giải phóng từ phễu vào một cái túi được giữ bằng thiết bị kẹp. Túi nằm trên bề mặt rung, cho phép đóng gói tốt hơn. Khi lấp đầy, túi được vận chuyển thẳng đứng đến một máy bịt kín. Sau đó, chiếc túi được chuyển đến một pallet, nơi xếp nhiều túi, sẵn sàng để vận chuyển cho các nhà phân phối và cuối cùng cho nông dân.

Kiểm soát chất lượng phân bón

Để đảm bảo chất lượng phân bón được sản xuất, các nhà sản xuất giám sát sản phẩm ở từng giai đoạn sản xuất. Các nguyên liệu thô và thành phẩm đều phải chịu một loạt các thử nghiệm vật lý và hóa học để cho thấy rằng chúng đáp ứng các thông số kỹ thuật được phát triển trước đó. Một số đặc điểm được kiểm tra bao gồm pH, hình dạng, mật độ và điểm nóng chảy. Do việc sản xuất phân bón được chính phủ quy định, các thử nghiệm phân tích thành phần được thực hiện trên các mẫu để xác định tổng hàm lượng nitơ, hàm lượng phốt phát và các yếu tố khác ảnh hưởng đến thành phần hóa học. Nhiều thử nghiệm khác cũng được thực hiện, tùy thuộc vào tính chất cụ thể của thành phần phân bón.

Sản phẩm phụ / Chất thải trong phân bón

Một lượng tương đối nhỏ nitơ có trong phân bón được áp dụng cho đất thực sự được đồng hóa vào cây trồng. Phần lớn được rửa vào các vùng nước xung quanh hoặc lọc vào nước ngầm. Điều này đã thêm một lượng đáng kể nitrat vào nước được công chúng tiêu thụ. Một số nghiên cứu y khoa cho rằng một số rối loạn của hệ thống tiết niệu và thận là kết quả của nước uống chứa quá nhiều nitrat. Người ta cũng nghĩ rằng điều này đặc biệt có hại cho trẻ sơ sinh và thậm chí có thể gây ung thư.

Bản thân các nitrat có trong phân bón không được cho là có hại. Tuy nhiên, một số vi khuẩn trong đất chuyển đổi nitrat thành các ion nitrit. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi các ion nitrite được ăn vào, chúng có thể xâm nhập vào máu. Ở đó, chúng liên kết với hemoglobin, một loại protein chịu trách nhiệm lưu trữ oxy. Khi một ion nitrite liên kết với hemoglobin, nó sẽ mất khả năng lưu trữ oxy, dẫn đến các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.

Nitrosamines là một sản phẩm phụ tiềm năng khác của nitrat trong phân bón. Chúng là kết quả của một phản ứng hóa học tự nhiên của nitrat. Nitrosamines đã được chứng minh là gây ra khối u ở động vật thí nghiệm, nuôi dưỡng nỗi sợ rằng điều tương tự có thể xảy ra ở người. Tuy nhiên, không có nghiên cứu nào cho thấy mối liên hệ giữa việc sử dụng phân bón và các khối u ở người.

Tương lai ngành phân bón

Nghiên cứu phân bón hiện đang tập trung vào việc giảm các tác động môi trường của việc sử dụng phân bón và tìm ra các nguồn phân bón mới, ít tốn kém hơn. Những thứ này đang được nghiên cứu để làm cho phân bón thân thiện với môi trường hơn là các phương pháp ứng dụng được cải tiến, cung cấp phân bón ở dạng ít bị ảnh hưởng bởi dòng chảy và tạo ra hỗn hợp đậm đặc hơn. Các nguồn phân bón mới cũng đang được điều tra. Người ta đã phát hiện ra rằng bùn thải chứa nhiều chất dinh dưỡng cần thiết cho một loại phân bón tốt. Thật không may, nó cũng chứa một số chất như chì, cadmium và thủy ngân ở nồng độ sẽ gây hại cho cây trồng. Những nỗ lực đang được tiến hành để loại bỏ các yếu tố không mong muốn, làm cho vật liệu này trở thành một loại phân bón khả thi. Một nguồn khác đang được phát triển là phân bón. Phân bón đầu tiên là phân bón, tuy nhiên, chúng không được sử dụng trên quy mô lớn vì việc xử lý chúng đã được chứng minh là quá đắt. Khi công nghệ cải thiện và chi phí giảm, vật liệu này sẽ là một loại phân bón mới khả thi.

Xem thêm: 3 loại phân bón phổ biến nhất