Rachel Hestrin e Johannes Lehmann, scienziati della Cornell University, insieme a collaboratori dal Canada e dall'Australia, hanno dimostrato che il carbone di legna può assorbire grandi quantità di azoto dall'inquinante atmosferico ammoniaca, risultando in un potenziale fertilizzante a lenta cessione con più azoto rispetto alla maggior parte dei concimi animali o altri ammendanti naturali del suolo. I risultati sono stati pubblicati venerdì in Comunicazioni sulla natura .

L'ammoniaca è un componente comune dei fertilizzanti agricoli e fornisce alle piante una forma biodisponibile dell'azoto nutriente essenziale. Però, l'ammoniaca è anche un gas altamente reattivo che può combinarsi con altri inquinanti atmosferici per creare particelle che viaggiano in profondità nei polmoni, portando a una serie di problemi respiratori. Inoltre contribuisce indirettamente al cambiamento climatico quando gli apporti di fertilizzanti in eccesso al suolo vengono convertiti in protossido di azoto, un potente gas serra.

In Canada, le emissioni di ammoniaca sono aumentate del 22% dal 1990, e il 90 per cento sono prodotti dall'agricoltura, in particolare da letame, fanghi e applicazioni di fertilizzanti. Mitigare questo inquinante, senza limitare i fertilizzanti e la crescita alimentare per la nostra crescente popolazione mondiale, è la chiave per un futuro sostenibile.

Carbone, noto anche come materia organica derivata dal fuoco o biochar, è sia un materiale naturale che si trova nell'ambiente sia un ammendante agricolo. Recenti indagini sui potenziali benefici agricoli del carbone di legna hanno suscitato interesse per le sue proprietà chimiche e la capacità di trattenere e fornire nutrienti essenziali alle piante.

I ricercatori hanno utilizzato la Canadian Light Source dell'Università del Saskatchewan per esaminare come il gas ammoniaca interagisce con il carbone in condizioni naturali. Secondo Lehmann, "Le esclusive stazioni terminali del CLS sono ottime per questo tipo di spettroscopia a raggi X dell'azoto".

Lo studio di Hestrin e Lehmann identifica la capacità del carbone di catturare l'azoto dall'ammoniaca nell'aria attraverso la formazione di legami covalenti, che potrebbe fornire un fertilizzante a lenta cessione a lungo termine per la produzione di colture in campo e in serra. Precedenti studi hanno mostrato che queste reazioni si sono verificate tra ammoniaca e materiali di carbonio ingegnerizzati ad alte temperature, ma non c'erano prove per la temperatura ambiente e le condizioni di pressione.

Hestrin afferma che l'utilizzo delle capacità della linea di luce presso la Canadian Light Source è stato essenziale per questa scoperta rivoluzionaria e l'ha trasformata in un progetto molto più grande di quanto originariamente previsto.

"La linea di luce CLS ha fornito il metodo migliore per studiare come il carbone può trattenere l'azoto dall'ammoniaca. Scoprire che l'azoto è stato trattenuto attraverso una varietà di legami covalenti è stato un vero punto di svolta nella nostra ricerca. Ciò implica che l'azoto catturato dal compost o dal letame potrebbe essere meno suscettibile di perdite per lisciviazione o volatilizzazione di quanto si pensasse in precedenza."

L'azoto svolge un ruolo importante nei cambiamenti climatici, ed è presente in numerose forme, alcuni essenziali per gli organismi viventi, e altri che sono gas tossici o nocivi. Fornire azoto sufficiente alle colture riducendo l'immissione di azoto nelle acque sotterranee o le emissioni gassose nell'atmosfera ha importanti conseguenze ambientali.

Attualmente, fino al 50 per cento dell'azoto che entra in un impianto di compostaggio può essere perso come gas di ammoniaca:catturarlo direttamente alla fonte potrebbe ridurre significativamente l'inquinamento e la perdita di un prezioso nutriente per le piante.

Ulteriori ricerche su questa scoperta innovativa indicano che l'impatto ambientale della cattura dell'azoto del carbone dal gas di ammoniaca potrebbe svolgere un ruolo importante nei cicli globali del carbonio e dell'azoto. Oltre al suo potenziale per migliorare la gestione dei nutrienti agricoli, le influenze del carbone nel suolo, dovrebbero essere prese in considerazione anche l'aria e l'acqua sullo stoccaggio e la disponibilità di azoto negli ecosistemi naturali.