奶牛对食物温室气体排放问题负有很大责任，但植物源性食品也具有潜在的温室气体足迹。虽然畜牧业的排放量巨大，但化肥生产等“隐藏方面”也导致我们的食品系统产生了 137 亿公吨二氧化碳当量。

肥料、植物补充剂（氮、磷、钾等）和土壤管理措施都是潜在的贡献者。虽然氮、磷和钾对农业发展至关重要，但它们的来源、生产和供应链会导致温室气体排放。

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氨的温室气体 (GHG) 排放量非常大

随着世界人口的持续增长，联合国粮农组织 (FAO) 2019 年的一份报告预测，化肥行业对氮的需求毫无意外会继续增加。在化肥行业，传统的氨生产方法（如哈伯布斯奇流程）提高了氨肥料的可用性，但也产生了大量的二氧化碳。 然而，满足这一需求的许多方法目前都专注于传统的氨生产，这将继续增加温室气体的排放。

更环保的氨生产是可以实现的

目前正在开展更多研究，以开发更环保的氨生产。 可以通过以可持续电力电化学方式生产制氢原料来实现。 然而，化学发展也为其提供了更先进的方法，例如，通过光化学或电化学还原氮。 图 1 描述了氮的直接电化学还原。 Hochman 等人的分析发现，直接电催化方法比电解水和哈伯布斯奇的替代方法更便宜。

鼓励绿色氨生产

从经济角度来看，欧盟委员会正在计划对进口货物的二氧化碳排放征收关税。 关税计划是欧盟为了防止进口商在严格气候变化政策下的优势超过欧盟生产商所采取的解决方案。 这些法律将在 2023 年 1 月至 2026 年底的三年内逐步实施。

天然气价格不稳定和当前的地缘政治气候是欧洲寻找天然气制氨替代品的强大创新动力。 再加上更实惠的大规模电解生产氨，这将很快使得绿色氨具有竞争力。

对自然资源磷的依赖

过去几年，出现了很多关于“磷危机”的报道。农民的负担能力、污染、过度使用化肥以及对磷资源的地缘政治控制都是其中的问题。 还有一个问题是，可以开采的磷矿石数量以及“优良度”如何。  

这就成为一个粮食和水安全问题，而且还会随着人口增长而加剧。 管理磷酸盐水污染的成本很高，由此产生的藻华的毒性也很高。

磷回收：循环经济的机遇

废水是二次磷的主要来源：需要将磷提取出来，因此也为其回收提供了途径。 首先采用化学沉淀和微生物强化生物除磷等方法从废水、生物固体和污泥灰中回收磷。

自 2001 年以来，已发表的与肥料养分回收相关的废水处理方法的科学文献总体上有所增加（图 1）。 生物处理过程是文献中最常被提及的，其次是物理方法和化学方法。 养分回收是磷回收复杂过程中的一个方面。

鸟粪石沉淀法是一种日益普及的从废水中去除磷酸盐的方法。 虽然它提高了废水处理厂的性能，但其磷回收潜力很低。

然而，从废水中去除磷酸盐只是一个方面，但将其恢复为可用的形式则是另一项挑战，特别是针对现有的肥料类别。 传统的肥料生产途径将回收材料转化为市场产品的适用性方面有限。

利用污水污泥或污泥灰生产肥料的各种方法都处于后期发展阶段。 这些过程通常从含磷酸盐的废物开始，然后进行重大化学转化，以获得价值链中的材料。 例如，磷回收技术可能有大量的能源需求（包括强化的干燥或浓缩步骤），并需要对能源进行管理。

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专家们对科学和市场趋势如何融合以实现更可持续的化肥生产有何看法？请参阅 Willem Schipper Consulting 的Willem Schipper 博士和 CAS 的 Lisa Babcock-Jackson 博士对绿色氨生产和磷酸盐回收的独特见解。

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