Bước tiên mới của công nghệ phân bón

Cùng với lịch sử phát triển của nhân loại, phân bón được xem là một trong những thành phần quan trọng nhất của ngành nông nghiệp, đóng góp cho việc đảm bảo an ninh lương thực thế giới. Phân bón là những hợp chất được sử dụng để bổ sung cho đất trồng những dưỡng chất cần thiết, trong đó quan trọng nhất là nitơ, kali và phốt pho. Thống kê cho thấy, tại châu Á, hơn 24% tăng trưởng sản lượng gạo là nhờ vào việc gia tăng sử dụng phân bón (IRRI,1999), trong đó phâm đạm(chứa nitơ) có vị trí quan trọng nhất, chiếm 2/3 tổng sản lượng phân bón tiêu thụ . Những người nông dân châu Á thường sử dụng khoảng 100-150 kg phân đạm cho 1 ha đất trồng vào mùa khô, và khoảng 60-90 kg/ha vào mùa mưa.

Những hạn chế của phân bón hoá học hiện nay

Mặc dù vậy, cho đến nay, phân bón hóa học vẫn còn tồn tại nhiều hạn chế. Khi được đưa vào đất, phân bón dễ dàng bị thất thoát,trước khi cây được hấp thu, dưới dạng hòa tan vào nước, hoặc bị thủy phân thành các chất dễ bay hơi hoặc dễ tan. Chẳng hạn như ure, loại phân đạm thông dụng nhất (chiếm 50% tổng khối lượng phân đạm sử dụng trên thế giới), sau khi được sử dụng để bón cho đất, sẽ nhanh chóng bị thủy phân thành NH₂và CO ₂bởi các enzim urease có trong đất, và tiếp nối bởi một quá trình hình thành nitrat. Khi đó , NH ₃sẽ bay hơi, còn nitrat thì dễ dàng hòa tan vào nước và thất thoát đi, gây ra sự lãng phí phân bón.Quá trình hoá học diễn ra theo công thức sau:

NH ₂CONH ₂   +   H₂O    =2NH ₃  +   CO ₂

Bên cạnh đó,quá trìnhthất thoát phân bón trong tự nhiên, bất kể dưới dạng nào, vô cơ hay hữu cơ, đều gây ra những tác hại lớn đến môi trườngxungquanh. Gần đây, các nhà môi trường học đã chỉ ra phân bón chính là một trong những nguồn lớn gây ô nhiễm đất, nước và cả không khí. Lạm dụng phân bón dẫn đến quá trình hòa tan nitrat vào mạch nước ngầm, sinh ra các khí gây hiệu ứng nhà kính( oxitnitơ), ô nhiễm đất trồngdohàm lượng kim loại nặngcao.

Chính vì vậy, để đảm bảo cho việc sử dụng hiệu quả phân bón và bảo vệ môi trường, các nhà khoa học và các công ty sản xuất phân bón, từ lâu đã cố gắng tìm ra một loại phân bón mới, có thể cải thiện hiệu quả dử dụng, cũng như giảm thiểu các tác động xấu đến môi trường.

Những hướng phát triển phân bón tiết chậm

Cho đến nay, một trong những phương pháp gia tăng hiệu quả sử dụng các dưỡng chất cung cấp từ phân bón, đồng thời giảm thiểu tác động xấu đến môi trường là sử dụng các loại phân bón tiết chậm, hay phân bón có quá trình tiết chất dinh dưỡng được kiểm soát theo thời gian. Trong vòng 2 thập kỷ gần đây, rất nhiều loại phân bón tiết chậm đã được nghiên cứu và phát triển.Theo Shaviv và Mikkelsen,phân bón tiết chậm có thể chia làm 4 nhánh phát triển: (1) phân bón vô cơ ít tan trong nước, vídụ:muối ammoni phosphates của các kim loại;(2) phân bón ít tan có thể tự phân hủy hóa học hoặc sinh học, chẳng hạn như urea-formaldehyde;(3) phân bón tan được nhưng phân hủy chậm trong đất và;(4) điều chế phân bón được bao phủ bởi các vật liệu ít tan, chống thất thoát. Trong đó, hướng phát triển phân bón dựa trên các lớp phủ được xem là chủ đạo.

Rất nhiều loại vật liệu phủ đã được ứng dụng cho loại phân bón này, hầu hết là các polymer như polysulfone, , polyacrylic kết hợp với các khoáng sét thiên nhiên như diatomite, attapulgite. Quá trình điều chế phân bón bao phủ vì thế thông thường sẽ trải qua công đoạn polymer hoá để hình thành lớp phủ. Chẳng hạnLihua Xie đã trộn acitacrylic với khoáng sét attapulgite, ure và borax để hình thành dung dịch chứa các monomer cần thiết. Sau đó. Ông cho thêm N,N’-Methylene bisacrylamide vào và ổn định hệ phản ứng ở 70độ C trong 3 giờ để tiến hành polymer hóa, hìnhthànhnguyên liệu cho lớp vỏ bao phủ kíncác hạt phân bón. Nhờ lớp vỏ ngăn thất thoát, phân bón này có khả năng tiết chậm vô cùng đáng kể. Trong đất, phân bón thông thường mất khoảng 98,5% nitơ nhưng loại phân bón này có thểquađến 10 ngày để tiết ra 91,6% nitơ

Tuy nhiên, quá trình điều chế phức tạp là một trong những rào cản lớn đối với phân bón dạng này. Việc sử dụng một hàm lượng lớn các dung môi hữu cơ khiến cho giá thành sản xuất tăng vọt. Đồng thời, sau khi phân bón tiết ra toàn bộ dinh dưỡng, lớp vỏ polymer này rất khó phân hủy, theo thời gian, sẽ tạo ra một nguồn ô nhiễm mới cho đất trồng. Vì vậy một xu hướng mới trong phát triển phân bón hiện nay là sử ụng vật liệu thân thiện với môi trường để tạo ra các loại phân bón tiết chậm.

Phân bón tiết chậm thân thiện môi trường

Gần đây, nhóm nghiên cứu của Modabber A.Khan đã phát triển một loại phân bón mới dựa trên cơ sở than củi bằng phương pháp tẩm ướt. Nhiều báo cáo đã chỉ ra than củi có thể được sử dụng như một chất để cải tạo đất, lọc nước và công dụng tương tự.

Modabber A.Khan sử dụng gỗ cây sồi cho nghiên cứu của mình. Những mẩu gỗ sồi được cắt nhỏ và nung ở 600độ C suốt 4 giờ trong lò kín để hình thành than củi. Than củi sẽ được đặt trong trong một hệ thống quaygia nhiệt với dung dịch chứa các chất sử dụng trong phân bón (các muối chứa các nguyên tố N,P,K) và được quay trộn ở 100độ C trong vòng 24 giờ. Sau quá trình tẩm ướt, mẫu được chuyển vào trong lò nung ở 105 độ C trong suốt 24 giờ. Sản phẩm thu được sẽ được sử dụng như một loại phân bón mới.

Trong quá trình thử nghiệm cả trong môi trường nước cất và dung dịch dất trồng giả định, loại phân bón than củi này thể hiện một khả năng tiết chậm rất triển vọng. Hàm lượng nitơ, phospho và kali được tiết chậm theo thời gian và kéo dài cho đến sau 15 ngày. Khả năng tiết chậm này bắt nguồn từ hình thái vi cấu trúc đặc biệt của than củi gỗ sồi. Quan sát từ ảnh SEM cho thấy, bề mặt than củi làm từ gỗ cây sồi ban đầu có chứa rất nhiều khoang rỗng với các đường kính khác nhau, tạo ra một cấu trúc như dạng tổ ong. Sau khi tẩm ướt với các hợp chất NPK, dưỡng chất sẽ khuếch tán và thâm nhập vào bên trong than củi, từ khoang trống này đến các khoang trống khác . Các khoang trống lúc này sẽ đóng vai trò như những bao nang giữ chặt lấy chất dinh dưỡng, vì vậy khiến cho quá trình tiết chất diễn ra chậm và đều.

Như vậy, phân bón dạng than củi thỏa mãn đầy đủ tính chất của một phân bón tiết chậm. Nó có khả năng lưu giữ tốt các hợp chất dinh dưỡng cho cây, từ đó cho phép tiết kiệm một lượng lớn phân bón sử dụng. Quá trình sản xuất đơn giản, đồng thời không gây ra bất kỳ tác hại nào đến đất trồng và môi trường xung quanh. Những ưu điểm trên khiến cho loại phân bón của Khan được kỳ vọng sẽ tạo ra bước đột phá lớn cho ngành phân bón nói riêng và ngành nông nghiệp thế giới nói chung.