Światowy rynek nawozów mineralnych z uwzględnieniem zmian cen bezpośrednich nośników energii oraz surowców (4)

Pełen tekst

(1)Światowy rynek nawozów mineralnych z uwzględnieniem zmian cen bezpośrednich nośników energii oraz surowców (4).

(2)

(3) Światowy rynek nawozów mineralnych z uwzględnieniem zmian cen bezpośrednich nośników energii oraz surowców (4) Redakcja naukowa dr inż. Piotr Szajner Autor mgr inż. Arkadiusz Zalewski. 2014.

(4) Prac zrealizowano w ramach tematu: Monitoring rynków rolno-spoywczych w warunkach zmieniajcej si sytuacji ekonomicznej w zadaniu: Monitoring i ocena zmian na wiatowych rynkach rolnych. Celem opracowania jest analiza zmian, jakie zaszy na wiatowym rynku nawozów mineralnych w latach 2003-2013 w sferze popytu, poday, handlu zagranicznego, oraz ich wpywu na poziom cen, a take powiza z rynkiem bezporednich noników energii, rynkiem surowców wykorzystywanych do produkcji nawozów mineralnych i rynkiem surowców rolnych.. Recenzent prof. dr hab. Stanisaw Krasowicz, IUNG-PIB w Puawach. Korekta Barbara Pawowska. Redakcja techniczna Leszek lipski. Projekt okadki AKME Projekty Sp. z o.o.. ISBN 978-83-7658-486-7. Instytut Ekonomiki Rolnictwa i Gospodarki ywnociowej – Pastwowy Instytut Badawczy ul. witokrzyska 20, 00-002 Warszawa tel.: (22) 50 54 444 faks: (22) 50 54 636 e-mail: dw@ierigz.waw.pl http://www.ierigz.waw.pl.

(5) Spis treci Wprowadzenie .......................................................................................................................... 7 1. Rozwój nawoenia i przemysu nawozowego..................................................................... 9 2. Znaczenie nawoenia mineralnego w produkcji ywnoci ............................................. 12 3. rodowiskowe skutki nawoenia mineralnego ................................................................ 20 3.1. Wpyw produkcji nawozów azotowych i nawoenia azotowego na ekosystemy ...................... 20 3.2. Wpyw produkcji nawozów fosforowych i nawoenia fosforowego na rodowisko................. 23 3.3. Przyrodnicze skutki stosowania nawozów potasowych ................................................................ 27 4. Charakterystyka produkcji i handlu zagranicznego surowcami wykorzystywanymi do produkcji nawozów mineralnych ............................................. 28 4.1. Amoniak .............................................................................................................................................. 28 4.2. Gaz ziemny ......................................................................................................................................... 33 4.3. Fosforyty ............................................................................................................................................. 39 4.4. Kwas fosforowy ................................................................................................................................. 45 4.5. Sól potasowa ....................................................................................................................................... 48 5. Produkcja nawozów mineralnych..................................................................................... 54 5.1. Produkcja nawozów azotowych ....................................................................................................... 60 5.2. Produkcja nawozów fosforowych .................................................................................................... 65 5.3. Produkcja nawozów potasowych ..................................................................................................... 69 6. Handel midzynarodowy nawozami mineralnymi .......................................................... 72 6.1. Handel midzynarodowy nawozami azotowymi ........................................................................... 75 6.2. Handel midzynarodowy nawozami fosforowymi ........................................................................ 81 6.3. Handel midzynarodowy nawozami potasowymi ......................................................................... 82 7. Zuycie nawozów mineralnych ......................................................................................... 85 7.1. wiatowe zuycie nawozów mineralnych....................................................................................... 85 7.2. Regionalne zmiany zuycia nawozów mineralnych ...................................................................... 86 7.3. Zuycie nawozów mineralnych w wybranych krajach.................................................................. 89 7.4. Bilans nawozów mineralnych w wybranych krajach..................................................................... 92 8. Ceny nawozów mineralnych i surowców ......................................................................... 96 8.1. Uwarunkowania cenowe na rynku nawozów mineralnych........................................................... 96 8.2. Ceny surowców do produkcji nawozów mineralnych ................................................................... 98 8.3. Ceny surowców energetycznych .................................................................................................... 102 8.4. wiatowe ceny nawozów mineralnych i ich powizania z rynkami zbó i energii ................. 103 8.5. Ceny nawozów mineralnych w Polsce i ich powizania z rynkiem wiatowym..................... 108 Podsumowanie ...................................................................................................................... 113 Spis literatury ....................................................................................................................... 116.

(6)

(7) Wprowadzenie Instytut Ekonomiki Rolnictwa i Gospodarki ywnociowej od pocztku lat 90. analizuje sytuacj na rynku nawozów mineralnych1. Dynamicznie zmieniajce si w ostatnich latach uwarunkowania rynku nawozów mineralnych na wiecie w coraz wikszym stopniu determinuj sytuacj na rynku krajowym. Polska w skali globalnej naley do grupy krajów o redniej produkcji i zuyciu nawozów mineralnych, ale w ramach Unii Europejskiej jest drugim po Niemczech producentem nawozów, w tym najwikszym producentem nawozów azotowych i fosforowych. W przypadku nawozów azotowych Polska jest równie znaczcym ich eksporterem. Produkcja pozwala na niemal pene zaspokojenie potrzeb polskiego rolnictwa w zakresie stosowania nawozów azotowych i fosforowych, jednak dostawy nawozów potasowych s realizowane gównie przez import. Naley przy tym podkreli , e praktycznie caa rodzima produkcja jest realizowana w oparciu o surowce importowane – gaz ziemny, fosforyty i sól potasow, co dodatkowo decyduje o silnym powizaniu polskiego rynku nawozów mineralnych z rynkiem midzynarodowym. Std podjto decyzj o monitorowaniu zmian zachodzcych na wiatowym rynku. Zaprezentowane opracowanie jest czwartym z serii raportów monitorujcych zmiany dokonujce si na wiatowym rynku nawozów mineralnych i podstawowych surowców do ich wytwarzania. Przed sektorem nawozowym stoi wiele wyzwa zwizanych przede wszystkim z koniecznoci intensyfikacji produkcji rolnej w warunkach ograniczonej powierzchni uytków rolnych oraz stopniowego wykorzystywania surowców wykorzystywanych do wytwarzania nawozów. Problem jest istotny z uwagi na rosnc konkurencj o surowce rolne zarówno ze strony sektorów ywnociowych, co wynika ze wzrostu liczby ludnoci oraz ich dochodów, ale take sektorów pozaywnociowych, w tym gównie sektora paliwowo-energetycznego. Coraz wiksz uwag zwraca si równie na wpyw nawozów mineralnych na rodowisko naturalne. Zarówno wytwarzanie nawozów, jak i ich stosowanie w nadmiernych dawkach wpywaj niekorzystnie na ekosystemy. Z uwagi na to coraz wikszego znaczenia nabiera intensyfikacja zrównowaona, oznaczajca jednoczesne zwikszanie plonów, wzrost skutecznoci wykorzystywania nakadów przy jednoczesnym ograniczaniu negatywnych skutków dla rodowiska. W ostatniej dekadzie na wielu rynkach surowcowych, m.in. bezporednich noników energii, metali, mineraów i surowców rolnych obserwowano 1. W ramach corocznie publikowanego raportu dotyczcego rynku rodków produkcji dla rolnictwa.. 7.

(8) due wahania cen. Podobne tendencje wystpiy równie na rynku nawozów mineralnych. Dynamicznie rosnce zapotrzebowanie na nawozy mineralne, w warunkach ograniczonych moliwoci szybkiego zwikszenia potencjau produkcyjnego, doprowadzio w 2008 r. do kilkukrotnego wzrostu cen nawozów mineralnych, który na tak wysok skal nie by dotychczas notowany. Wysoki poziom cen nawozów na wiatowych rynkach w krótkim okresie spowodowa jednak wyra ne pogorszenie ekonomicznej opacalnoci ich stosowania. W warunkach pogbiajcego si kryzysu gospodarczego, obejmujcego równie sektor rolny, drastycznie zmala popyt na nawozy w wikszoci regionów wiata, co doprowadzio do obnienia ich cen. Od 2010 r. zapotrzebowanie na stosunkowo tanie nawozy znów zaczo rosn , co przeoyo si na wzrosty cen, jednak skala podwyek bya nisza ni w rekordowym 2008 r. W 2013 r. ceny znowu zaczy male , co wynikao ze zmniejszonego popytu w warunkach pogarszajcej si koniunktury na wiatowych rynkach rolnych, ale równie z obnienia kosztów produkcji nawozów w zwizku ze spadkiem cen surowców energetycznych. Celem raportu jest przedstawienie uwarunkowa majcych istotny wpyw na ksztatowanie si sytuacji popytowo-podaowej na wiatowym rynku nawozów mineralnych, ze szczególnym uwzgldnieniem powiza rynku nawozów z rynkiem rolnym oraz energii. Zakres czasowy niniejszego raportu obejmuje lata 2003-2013, w tym okresie nastpiy bowiem istotne zmiany zarówno w sferze globalnej produkcji, zuycia, jak i handlu wiatowego. W raporcie ukazano najwaniejszych uczestników rynku, zarówno gotowych nawozów mineralnych, jak i surowców do ich wytwarzania. W rozdziale pierwszym zostaa opisana historia i geneza nawoenia mineralnego. W dwóch kolejnych rozdziaach scharakteryzowano znaczenie spoeczno-gospodarcze sektora nawozowego, zwracajc uwag na niepodane skutki rodowiskowe. W rozdziale czwartym analizowano rynek najwaniejszych surowców do produkcji nawozów, zwracajc uwag na siln koncentracj, ale te dynamiczny rozwój wydobycia gazu ziemnego ze zó niekonwencjonalnych. W rozdziale pitym i szóstym badano produkcj oraz handel midzynarodowy nawozami, uwzgldniajc specyfik kadej grupy asortymentowej. W kolejnym rozdziale omówiono zmiany zuycia nawozów mineralnych, wskazujc na odmienne tendencje zuycia midzy krajami rozwijajcymi si a rozwinitymi. W rozdziale ósmym analizowano ceny nawozów mineralnych, ich powizania z rynkiem zbó i energii. Badano równie sezonowo cen nawozów.. 8.

(9) 1. Rozwój nawoenia i przemysu nawozowego Historia nawoenia jest istotn czci historii rolnictwa. Nawoenie jest podstawowym zabiegiem agrotechnicznym i stosuje si je w rolnictwie ju od kilku tysicy lat. Upraw gleb na wikszych obszarach rozpoczto okoo 5 tys. lat temu nad Nilem, Eufratem oraz w Chinach, wykorzystujc pocztkowo ich naturaln yzno , a pó niej take nawozy. Opisy o nawozach i nawoeniu mona spotka w literaturze staroytnej Grecji i Rzymu. Homer w Odysei wymienia obornik jako materia polepszajcy wzrost rolin. Oprócz obornika do uy niania gleb zalecano stosowa kompost, som, odpadki zwierzce, szlam z rzek i stawów, nawozy zielone, a niekiedy równie popió, koci, margiel, wapno i gips. Teoretyczne uzasadnienie stosowania materiaów organicznych do uy niania gleby, aby polepszy wzrost rolin, sformuowa Arystoteles. Naucza on, e roliny pobieraj pokarm z gleby za porednictwem korzeni w stanie gotowym, tj. w postaci substancji organicznych [Gorlach, Mazur 2001]. W staroytnym Rzymie (200 lat p.n.e.) Kato pisze obszernie o nawozach, w tym równie, e na nawozy zielone najlepiej nadaj si roliny motylkowate. Wedug niego dobre rolnictwo to dobra orka, dobra pielgnacja i dobre nawoenie. Ju od staroytnoci stosowano jako nawozy: obornik, kompost, odpady zwierzce, fekalia, pomiot ptasi, szlam z rzek i stawów, ciók len, wodorosty, nawozy zielone, popió oraz margiel, a take wapno i gips. Zalecenia nawozowe w czasach staroytnych wynikay z obserwacji przyrody, a wiedza ta bya przekazywana przez pokolenia. Wiele z tych informacji zostao w XIX i XX wieku naukowo potwierdzonych i dotrwao do dzisiaj. Niektóre zalecenia nie byy poprawne, wynikay z przesdów i te zostay odrzucone [Czuba 1996]. W redniowieczu nie interesowano si ywieniem rolin od strony naukowej. Ograniczano si jedynie do komentowania dzie autorów staroytnych. W okresie odrodzenia i owiecenia nastpi rozwój nauk przyrodniczych, gównie na skutek precyzyjniej dokonywanych obserwacji. Wyniki wielu bada z XVIII i pocztku XIX wieku stworzyy podstawy do poznania fizjologii odywiania si rolin i ich nawoenia. Wanym sukcesem byy badania P.A. Lavoisiera, który w 1804 r. w pracy pt.: Badania chemiczne nad rolinami pisa, e: „atmosfera jest gównym ródem wgla w rolinie, a gleba jest tylko dostawc skadników popielnych i wody” [Czuba 1996]. Na przeomie XVIII i XIX wieku w Europie obowizywaa teoria próchniczego odywiania rolin, sformuowana przez A. Thaera. Wedug tej teorii próchnica i woda stanowi podstawowy po-. 9.

(10) karm dla rolin, a skadniki nieorganiczne odgrywaj tylko podrzdn rol jako stymulatory wzrostu roliny. Zatem caa yzno gleby zaley wycznie od zawartej w niej próchnicy [Gorlach, Mazur 2001]. Dalsze badania z pocztku XIX wieku wykazay, e: „sól jest podstaw ycia i wzrostu wszystkich rolin”, co doprowadzio do opracowania teorii przeciwstawnej, czyli teorii mineralnego odywiania rolin. Twórc tej teorii by J. von Liebig, które swoje pogldy przedstawi w dziele Chemia w zastosowaniu do rolnictwa i fizjologii w 1840 r. Wedug niego zwizki próchnicze nie stanowi bezporedniego róda pokarmu dla roliny, a wgiel niezbdny do tworzenia zwizków organicznych rolina czerpie z dwutlenku wgla znajdujcego si w powietrzu. Skadniki odywcze, bez których rolina nie moe si obej , s pobierane ze skadników mineralnych gleby oraz z produktów mineralizacji zwizków próchniczych. W myl pogldów Liebiga mineralne skadniki gleby decyduj o jej yznoci. Stwierdzi on, e yzno gleby i zyskiwane plony mona zwikszy nie tylko za pomoc obornika, ale równie za pomoc nawoenia zwizkami mineralnymi. Dziaanie obornika nie jest bezporednie; obornik rozkada si w glebie, a wynikiem tego procesu s zwizki mineralne i dopiero one stanowi bezporedni pokarm rolin. Liebig sformuowa równie „prawo minimum”, zgodnie z którym wysoko plonu mona zwikszy jedynie przez zwikszenie czynnika znajdujcego si w minimum. Teoria mineralna Liebiga dokonaa olbrzymiego przewrotu w dotychczasowych pogldach na moliwo podnoszenia plonów. Pojawia si moliwo zwikszenia plonów za pomoc zwizków mineralnych. Osignicia chemii rolnej w niezwykle szybkim tempie spowodoway rozwój stosowania nawozów, a take przemysu nawozowego wraz z infrastruktur do pozyskiwania surowców mineralnych. [Wo 1969, Czuba 1996]. Pierwszym wyprodukowanym nawozem mineralnym by superfosfat, a pierwsza fabryka superfosfatu powstaa w 1843 r. w Anglii, nastpna za w 1855 r. w Niemczech. Pocztkowo nawóz ten by produkowany z koci, a w nastpnych latach z surowca fosforytowego. W 1850 r. uruchomiono regularn eksploatacj saletry chilijskiej (NaNO3). Poszukujc surowców do produkcji superfosfatu, odkryto take surowce potasonone, a pierwszy nawóz potasowy wydobyto z kopalni w Niemczech w 1861 r. Od 1879 r. rozpoczto w Anglii produkcj nowego nawozu fosforowego pod nazw tomasyna, stanowicego produkt uboczny otrzymywania stali metod Thomasa. Przez wiele lat duym problemem byo poszukiwanie sposobu produkcji nawozów azotowych. W 1890 r. wyprodukowano w Niemczech siarczan amonowy z odpadowej wody amoniakalnej w koksowniach. W 1905 r. rozpoczto rów-. 10.

(11) nie w Niemczech produkcj azotniaku (CaCN2), a dwa lata pó niej w Norwegii zaczto wytwarza saletr wapniow [Ca(NO3)2], zwan potocznie saletr norwesk. W rozwoju przemysu nawozów azotowych przeomowe znaczenie miao opracowanie przez F. Habera i C. Boscha w 1913 r. metody syntezy amoniaku na skal wielkoprzemysow z azotu i wodoru. Pierwsza wojna wiatowa przerwaa na kilka lat rozwój przemysu nawozowego, ale ju od 1920 r. systematycznie zacza zwiksza si produkcja nawozów mineralnych oraz ich asortyment. W 1921 r. dokonano w Niemczech pierwszej syntezy mocznika z amoniaku, a od 1927 r. zaczto produkowa nitrofoski jako pierwsze kompleksowe nawozy NPK [Gorlach i Mazur 2001, Fotyma 2010]. Jednake gwatowny skok w rozwoju przemysu nawozowego na wiecie nastpi dopiero po drugiej wojnie wiatowej, co potwierdzaj dane dotyczce globalnej produkcji nawozów mineralnych. Na przeomie XIX i XX wieku wiatowa produkcja nawozów mineralnych wynosia 2 mln ton w przeliczeniu na czysty skadnik (NPK), w sezonie 1955/56 wzrosa do 22 mln ton, a w sezonie 2010/11 przekroczya 180 mln ton NPK.. 11.

(12) 2. Znaczenie nawoenia mineralnego w produkcji ywnoci Produkty rolinne s niezbdne dla egzystencji czowieka, gdy stanowi dla niego ródo poywienia, surowców i energii. Wynika to z faktu, e roliny zielone posiadaj zdolno do przetwarzania energii sonecznej w energi zwizków chemicznych w procesie asymilacji, zwanym inaczej procesem fotosyntezy. Roliny, posiadajc zdolno do wytwarzania podstawowych zwizków, takich jak: biaka, tuszcze, cukry, witaminy itd., wymagaj do prawidowego wzrostu i rozwoju rónych skadników odywczych, którymi s przede wszystkim skadniki mineralne. Niezbdne skadniki mineralne to takie pierwiastki chemiczne, bez których prawidowy rozwój rolin jest niemoliwy, przy czym brakujcych pierwiastków nie mona zastpi innymi pierwiastkami [Czuba 1996]. Roliny zbiorowisk naturalnych (np. lasy) wykorzystuj zapasy glebowe i maj praktycznie zamknity obieg skadników pokarmowych, w zwizku z tym dobrze rosn bez nawoenia. Na skutek dziaalnoci czowieka z plonami rolin uprawnych bezpowrotnie wynoszone s z gleby skadniki pokarmowe, dlatego te ich ubytek trzeba uzupeni nawozami. Tylko czciowo jest to moliwe za pomoc nawozów naturalnych (resztki rolinne, odchody zwierzce). Ani bowiem ilo , ani skad tych nawozów nie zapewniaj prawidowego odywiania rolin uprawnych, co jest niezbdne do realizacji ich potencjau genetycznego [Czuba 1996]. Jedynym rozwizaniem jest uzupeniajce nawoenie mineralne. Nawoenie mineralne jest praktyczn korekt niedoboru skadników pokarmowych w glebie dla zapewnienia moliwoci poboru przez roliny skadników pokarmowych w odpowiednich dawkach, odpowiednim skadzie oraz we waciwym terminie. Celem nawoenia jest utrzymanie, ale take poprawa yznoci gleby dla stworzenia warunków dla korzystnego rozwoju rolin. Nawoenie uzupenia niedobór skadników pokarmowych pobranych z plonami, a take tych iloci, które ubyy z warstwy ornej lub ulegy chemicznemu zablokowaniu. Dziki nawoeniu mineralnemu, ale równie zabiegom agrochemicznym, przy przestrzeganiu elementarnych zasad i wykorzystaniu wiedzy o potrzebach pokarmowych rolin uzyskuje si zdecydowanie wysze plony, a wic wysz efektywno ekonomiczn. Racjonalne nawoenie poprawia jako plonów, zarówno pod wzgldem wartoci odywczej, jak i smakowej, zwiksza odporno rolin na szkodniki i choroby, uodparnia na stresy: niedobory wody, niekorzystn temperatur, zakwaszanie gleby, toksyczno oraz skraca czas wzrostu [Górecki 2002]. 12.

(13) Najbardziej kontrolowanym i sterowanym przez rolnika sposobem nawoenia jest stosowanie nawozów mineralnych. Nawozy te to wystpujce w przyrodzie substancje zawierajce skadniki pokarmowe, przetworzone na drodze przemian fizycznych i chemicznych w formy przyswajalne dla rolin [Czuba 1996]. Wedug Finka [1982] „nawozy mineralne to substancje chemiczne przeznaczane bezporednio lub porednio do dokarmienia rolin dla promowania ich wzrostu, zwikszenia plonów oraz poprawy jakoci plonów”. Nawoenie mineralne jako podstawowy czynnik plonotwórczy odgrywa kluczow rol w produkcji ywnoci. Jak podkrela Tujaka [2006] „zuycie nawozów mineralnych jest niekwestionowanym czynnikiem zwikszania produkcji rolnej”. Zuycie nawozów mineralnych jest ponadto jednym ze wska ników oceny intensywnoci gospodarowania [Igras, Kopiski 2007]. Istnieje cisa zaleno pomidzy zuyciem nawozów a wysokoci plonów. Zalenoci takie wystpuj w czasie oraz w przestrzeni. Zalenoci w czasie dotycz przyrostu plonów w kolejnych latach wraz ze wzrostem poziomu nawoenia. Zalenoci w przestrzeni dotycz zalenoci pomidzy wielkoci plonu w rejonie lub w kraju a poziomem nawoenia na tym terenie [Czuba 1996]. Ogólnie przyjmuje si, e okoo 50% wzrostu plonu wynika ze stosowania nawoenia mineralnego [Czuba 1996, Smil 1999, Górecki 2012]. Zwikszenie zuycia nawozów mineralnych jest uznawane za istotny czynnik wzrostu plonów w okresie tzw. zielonej rewolucji2. Norman Borlaug, którego uwaa si za jej twórc, tak podsumowa znaczenie nawozów mineralnych w swoim przemówieniu podczas odbierania Nagrody Nobla w 1970 r.: „Jeeli wysokowydajne odmiany pszenicy karowatej i ryu to katalizatory, które rozpaliy zielon rewolucj, to nawozy chemiczne stanowi paliwo, które j napdza” [www.nobelprize.org].. 2. Zielona rewolucja to zespó programów rozwoju rolnictwa wdroonych przez FAO w latach 60. XX wieku, które miay na celu zwikszenie produkcji rolin uprawnych i zlikwidowanie zjawiska godu na wiecie, dziki nowym, bardziej wydajnym odmianom. W Azji Poudniowej i Poudniowo-Wschodniej zastosowano wysokoplenne odmiany pszenicy i ryu, wyhodowane przez Normana Borlauga. W efekcie zielonej rewolucji podwojono plony zbó, a np. Indie z importera stay si eksporterem ywnoci. Program jako cao w znacznej mierze zawiód jednak pokadane w nim nadzieje. Przyczyn tego byo m.in. niekontrolowane zwikszenie zuycia nawozów sztucznych i pestycydów oraz intensywna agrotechnika (w tym nawadnianie), prowadzce do pogorszenia warunków rodowiskowych, a take niekorzystne zjawiska spoeczne i ekonomiczne, m.in. walka o ziemi czy wzrost zrónicowania dochodów. Niezamierzon konsekwencj zielonej rewolucji by równie wzrost niedoywienia pod wzgldem mikroelementów, w krajach, które przyjy systemy zapobiegajce duej skali godu.. 13.

(14) Intensywno nawoenia mineralnego uzaleniona jest od wielu czynników, jednak najwaniejszym z nich jest opacalno stosowania nawozów mineralnych, wyraajca si w relacjach cen nawozów do cen produktów rolnych sprzedawanych przez rolników. Poziom nawoenia determinowany jest ponadto m.in. zasobnoci gleb w przyswajalne skadniki pokarmowe, warunkami glebowo-klimatycznymi, wymaganiami pokarmowymi poszczególnych rolin uprawnych, rodzajem przedplonu, a take stosowanym systemem gospodarowania (np.: intensywny, ekstensywny, zrównowaony, ekologiczny). Obecnie w warunkach rolnictwa zrównowaonego wskazuje si na konieczno utrzymania takiego poziomu nawoenia, które pozwoli na uzyskanie opacalnych plonów, ale nie bdzie równoczenie stwarza zagroe dla rodowiska naturalnego, co byoby spoecznie nieakceptowalne [Fotyma i in. 2009]. Ponadto, jak podaje Krasowicz [2006], do gównych zada rolnictwa zrównowaonego naley zapewnienie trwaej yznoci gleby, zrównowaony bilans substancji organicznej oraz skadników pokarmowych. Od pocztku stosowania nawozów mineralnych, czyli od okoo 170 lat, ich zuycie w skali globalnej wykazuje wyra n tendencj rosnc. Stale rosnce zapotrzebowanie na produkty rolnicze, w warunkach ograniczonej powierzchni przeznaczonej do upraw, stworzyo siln presj na zwikszanie wydajnoci i wielkoci produkcji rolniczej, co byo moliwe w znacznym stopniu dziki intensyfikacji nawoenia mineralnego. Wzrost produkcji rolnej przesta by wizany ze zwikszaniem powierzchni uprawnej, ale przesun si w kierunku intensyfikacji rolnictwa. W cigu ostatnich 50 lat zuycie nawozów w skali wiatowej wzroso blisko 6-krotnie, w tym nawozów azotowych prawie 9-krotnie, co w znacznym stopniu przyczynio si do blisko 3-krotnego zwikszenia zbiorów i plonów zbó. Bez nawozów mineralnych wiatowa produkcja zbó byaby prawdopodobnie poow mniejsza [Erisman i in. 2008]. Nastpi równie wielokrotny wzrost zuycia rodków ochrony rolin oraz wody. Szybszy wzrost zuycia nawozów mineralnych ni produkcji zbó oznacza jednak pogorszenie efektywnoci, a take niekorzystne skutki rodowiskowe. Dominujce podejcie byo bowiem dotychczas wycznie nakierowane na maksymalizacj plonów oraz dochodów rolników, bez wzgldu na dugoterminowe skutki dla rodowiska i zasobów gleby [Tilman i in. 2002, Mulvaney i in. 2009].. 14.

(15) 200. 2000. 150. 1500. 100. 1000. 50. 500. 0 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Zuycie nawozów mineralnych Zbiory zbó (bez ryu). Zbiory zbó (mln ton). Zuycie nawozów (mln ton NPK). Rysunek 1. Zuycie nawozów mineralnych na wiecie i zbiory zbó. 0. Zuycie nawozów azotowych. ródo: Opracowanie wasne na podstawie danych FAO i IFA.. Po kilku dekadach sukcesów w pozyskiwaniu coraz to wikszej iloci ywnoci z praktycznie niezwikszonej powierzchni gruntów ornych, produkcja rolna, szczególnie w krajach rozwinitych, powoli osiga swój limit. Z czasem przyrost plonów pozyskiwanych z nawozów sztucznych znaczco zmala (Buttel 2003, Tilman i in. 2002). Wielu autorów, m.in. Sobczyski [2014], uwaa, e wzrost produkcji ywnoci w cigu kilku ostatnich dziesicioleci osignito dziki scenariuszom, których nie da si zastosowa w przyszoci. Niemniej jednak potencja do dalszej intensyfikacji rolnictwa, w tym wzrostu zuycia podstawowych rodków produkcji, tkwi nadal w wielu krajach rozwijajcych si. Równoczenie coraz wikszego znaczenia w ostatnim czasie nabiera intensyfikacja zrównowaona, oznaczajca jednoczesne zwikszanie plonów, wzrost skutecznoci wykorzystywania nakadów oraz ograniczanie negatywnych skutków dla rodowiska i jakoci produkowanej ywnoci [Beddington 2011]. Popyt na produkty rolnicze jest kreowany przede wszystkim przez dwa czynniki: potrzeby ywnociowe oraz zapotrzebowanie sektorów pozaywnociowych na surowce rolnicze [Zegar 2007, 2012].. 15.

(16) Rosnce potrzeby ywnociowe s nastpstwem przede wszystkim dynamicznego wzrostu liczby ludnoci w skali globalnej, ale take ze wzrostu dochodów. W cigu ostatnich 50 lat populacja ludnoci zwikszya si z 3 do 7 mld, podczas gdy powierzchnia gruntów ornych wzrosa nieznacznie. W rezultacie powierzchnia gruntów ornych przypadajca na jednego mieszkaca zmalaa ponad 2-krotnie. Rysunek 2. Powierzchnia gruntów ornych przypadajcych na jednego mieszkaca na wiecie 8 7 0,4 6 0,3. 5 4. 0,2. Liczba ludnoci (mld). Powierzchnia gruntów ornych / osob (ha). 0,5. 3 0,1. 2 1960. 1970. 1980. 1990. 2000. 2010. Powierzchnia gruntów ornych na jednego mieszkaca Liczba ludnoci na wiecie. ródo: Opracowanie wasne na podstawie danych FAO.. W miar wzrostu zamonoci spoeczestwa obserwuje si narastanie popytu na produkty misne i mleczne, co zwiksza wielokrotnie zapotrzebowanie na zboa paszowe. Wytworzenie 1 kg misa wymaga bowiem zastosowania od 3 do 10 kg zbó [Tilman i in. 2002]. Dotyczy to w szczególnoci ludnych krajów rozwijajcych si, o wysokiej elastycznoci dochodowej popytu na ywno , przede wszystkim Chin, Indii, Brazylii i innych krajów z Azji, Afryki i Ameryki Poudniowej. Wzrost zamonoci spoeczestw tych krajów spowodowa zwikszenie w ich codziennej diecie udziau produktów zwierzcych przy jednoczesnym ograniczeniu konsumpcji produktów rolinnych. Efektem strukturalnego przesunicia na rzecz produktów zwierzcych byo dynamiczne zwikszenie pogowia zwierzt hodowlanych, co z kolei spotgowao zapotrzebowanie na zboa paszowe. Konsumpcja misa na wiecie wzrosa w latach 1961-2011 16.

(17) z rednio 23 do 42 kg/mieszkaca rocznie, w tym najwikszy wzrost spoycia odnotowano w rozwijajcych si krajach Azji i Ameryki Poudniowej [Wilk 2008, www.faostat.fao.org]. Nierenberg [2005] zauwaa, e w 2005 r. w Chinach zjedzono wicej misa ni w 1961 r. na caym wiecie. Tabela 1. Spoycie misa w wybranych krajach rozwijajcych si Spoycie misa (w kg/mieszkaca/rok) Kraj. 1996 r.. 2011 r.. Chiny 3,8 Wietnam 11,1 Malezja 13,2 Indonezja 3,7 Brazylia 27,5 Filipiny 12,7 Egipt 10,7 Meksyk 24,3 Iran 14,2 Pakistan 7,8 Tajlandia 14,8 RPA 32,2 Nigeria 6,6 Indie 3,7 ródo: Opracowanie wasne na podstawie danych FAO.. 57,5 57,6 53,3 12,9 93,0 34,4 28,0 61,0 35,4 15,5 27,8 59,3 9,5 4,2. 2011 r. (1961 r. =100 ) 1513,2 518,9 403,8 348,6 338,2 270,9 261,7 251,0 249,3 198,7 187,8 184,2 143,9 113,5. Rosnce zapotrzebowanie sektorów pozaywnociowych na surowce rolnicze wynika przede wszystkim ze zwikszonego popytu sektora paliwowo-energetycznego, ale take wielu przemysów niespoywczych [De Janvry 2010, Zegar 2012]. Roliny staj si wanym ródem odnawialnych surowców o wielostronnych zastosowaniach. Roliny uprawne mog by wykorzystane np. jako: materiay budowlane, izolacyjne i opakowania, smary i woski, kosmetyki, tekstylia, agrochemikalia, energia i paliwa, barwniki, ywice i spoiwa, farby i pokosty, myda, detergenty, emulgatory i rozpuszczalniki, plastyki i polimery, produkty farmaceutyczne i dodatki do ywnoci, w przemyle papierniczym [Gradziuk, Wojtaszek 2001]. Pozyskiwanie alternatywnych róde energii w postaci produkcji biopaliw (pierwszej generacji3) nabierao w ostatniej dekadzie coraz wikszego znacze3. Biopaliwa pierwszej generacji wytwarzane s z produktów rolnych przeznaczanych do tej pory gównie na cele ywnociowe i paszowe (m.in. zboa, trzcina cukrowa i oleje rolinne).. 17.

(18) nia, co jest szczególnie istotne w obliczu zmniejszajcych si zasobów kopalnych oraz rosncych wymogów rodowiskowych w zakresie emisji gazów cieplarnianych. Rozwojowi produkcji biopaliw sprzyjay równie wysokie ceny tradycyjnych surowców energetycznych. Przykadowo produkcja etanolu z trzciny cukrowej w Brazylii zaczyna by opacalna przy cenie ropy naftowej na poziomie 35 USD/baryk. Z kolei produkcja etanolu z kukurydzy w USA jest opacalna przy cenie 45-50 USD/ baryk, a w UE przy cenie 80 USD/baryk [Zegar 2012]. wiatowa produkcja biopaliw pynnych dynamicznie wzrasta. W latach 2000-2012 czna produkcja bioetanolu i biodiesla zwikszya si blisko 6-krotnie z 18 do 106 mld l. Pomimo silnych tendencji wzrostowych wiatowa produkcja biopaliw stanowi niewielki odsetek globalnego zuycia paliw pynnych w transporcie. W UE i USA wska nik ten wynosi tylko 3-5%. Wysoki jest jedynie w Brazylii, gdzie udzia bioetanolu produkowanego z trzciny cukrowej stanowi 40% rynku paliw pynnych. Obecnie okoo 90% wiatowej produkcji biopaliw koncentruje si w USA, Brazylii i UE-27. Udzia tych krajów w bdzie jednak stopniowo mala, poniewa nastpuje dynamiczny rozwój produkcji biopaliw w innych krajach, takich jak Chiny, Malezja czy Indonezja [Rosiak i in. 2011, Grochowska i in. 2013]. Dynamiczny wzrost produkcji biopaliw, jaki nastpi w ostatniej dekadzie, wywoa obawy odnonie zagroenia zrównowaonego rozwoju i bezpieczestwa ywnociowego. Produkcja biopaliw stanowi coraz wiksz konkurencj dla produkcji ywnoci. Przyczynia si do ograniczenia powierzchni upraw4 przeznaczonych do produkcji ywnoci i pasz dla zwierzt gospodarskich. Ponadto produkcja biopaliw moe prowadzi do zwikszonego zuycia rodków chemicznych stosowanych w rolnictwie, a take energii, co z kolei zwiksza presj na rodowisko naturalne. Rosnca w ostatniej dekadzie produkcja biopaliw, wykorzystujca gównie zboa i roliny oleiste, wpyna jednak przede wszystkim na istotne zmniejszenie wiatowej poday ywnoci, co skutkowao wzrostem jej cen. Wykreowa si nowy rynek zboowy zorientowany nie na konsumpcj, lecz na przemys paliwowo-energetyczny. W konsekwencji pogbi si problem godu i niedoywienia. Najdotkliwiej dotyka on kraje najbiedniejsze, w których na zaspokojenie podstawowych potrzeb ywnociowych przeznacza si dominujcy odsetek dochodów [Wilk 2008]. Amartya Sen, znany indyjski ekonomista, laureat Nagrody Nobla w 1998 r., stwierdzi, e rozwój 4. Zwikszenie nieywnociowego wykorzystania produktów rolniczych, w tym przede wszystkim do produkcji biopaliw, prowadzi do nasilenia konkurencji o ziemi [Kerckow 2007].. 18.

(19) produkcji biopaliw doprowadzi do tego, e odki biednych musz konkurowa z bakami na paliwo [Sen 2008]. Po pocztkowych nadmiernych oczekiwaniach wobec biopaliw obecnie ujawnia si wikszy sceptycyzm wobec nich, gównie ze wzgldu na niejednoznaczne efekty rodowiskowe (bilans emisji gazów cieplarnianych). Ponadto biopaliwa pierwszej generacji, kreujc dodatkowy popyt na surowce rolne, maj niezaprzeczalny wpyw na wzrost ich cen. Szukajc równowagi midzy energetycznymi wyzwaniami przyszoci a zachowaniem bezpieczestwa ywnociowego, naley dy do jak najszybszego przejcia do zaawansowanych biopaliw wyszych generacji, produkowanych z surowców niespoywczych [Chen i Khanna 2013, Grochowska i in. 2013 ].. 19.

(20) 3. rodowiskowe skutki nawoenia mineralnego Intensyfikacja rolnictwa poprzez wzrost nakadów na plonotwórcze rodki produkcji z jednej strony zwiksza wydajno gleby, z drugiej jednak prowadzi do niepodanych skutków ubocznych. Nawozy mineralne wykazuj najbardziej plonotwórcze dziaanie i odgrywaj kluczow rol w zapewnieniu bezpieczestwa ywnociowego. Zarówno wytwarzanie nawozów mineralnych, jak i ich stosowanie w nadmiernych dawkach wpywaj jednak niekorzystnie na rodowisko. Nawozy mineralne stosowane niewaciwie negatywnie oddziaywaj na stan gleby, wody, a take wywouj niekontrolowan emisj do atmosfery zwizków azotu. Przy obecnym poziomie upraw rolinnych wymaga si od przemysu nawozowego dostaw nawozów w iloci okoo 190 mln ton w przeliczeniu na czysty skadnik rocznie. Ca t ilo zwizków chemicznych wytwarzanych w duych kombinatach, zuywajcych zarówno duo surowców, jak i energii, wprowadza si do gleby, co niewtpliwie jest ingerencj w funkcjonowanie ekosystemów.. 3.1. Wpyw produkcji nawozów azotowych i nawoenia azotowego na ekosystemy Dynamiczny wzrost produkcji nawozów azotowych, jaki obserwowano na przestrzeni ostatnich 100 lat, powoduje, e obecnie do biosfery w formie nawozów azotowych dostaj si olbrzymie iloci azotu. Szacuje si, e rocznie do biosfery, gównie poprzez ekosystemy rolnicze, w wyniku przemysowej syntezy chemicznej dostaje si okoo 110 mln ton azotu, co przewysza iloci azotu, jakie s w przyrodzie wizane na drodze biologicznej. Na przestrzeni tego okresu w technologii wytwarzania nawozów azotowych nastpi ogromny postp, istotnie ograniczajcy szkodliwy wpyw na rodowisko naturalne. Dobrym miernikiem obrazujcym ten postp s jednostkowe nakady energetyczne na produkcj amoniaku, który jest podstawowym póproduktem do dalszego przetwarzania na nawozy azotowe. W pocztkowej metodzie Birkelanda i Eydego do syntezy 1 tony amoniaku potrzebne byo okoo 400 GJ. W pierwotnej metodzie stosowanej na skal przemysow (Habera i Boscha) jednostkowe zuycie wynosio okoo 100 GJ, a we wspóczesnych technologiach, midzy innymi dziki zastosowaniu reformingu parowego, uzyskuje si zuycie energii na poziomie okoo 30 GJ na 1 ton amoniaku. Dziki postpowi technologicznemu w produkcji nawozów azotowych, jaki dokona si na przestrzeni 100 lat, nastpio ponad 10-krotne zmniejszenie jednostkowego zuycia energii. Pomimo te-. 20.

(21) go, ze wzgldu na olbrzymi wzrost produkcji nawozów azotowych w skali globalnej jako gównego czynnika plonotwórczego, wytwarzanie nawozów azotowych oraz ich stosowanie w rolnictwie stay si dominujce w oddziaywaniu na rodowisko naturalne [Czarnomski i in. 2012]. Analizujc skutki rodowiskowe zwizane z nawozami azotowymi, mona wyodrbni oddziaywania na poziomie przemysowych technologii wytwarzania nawozów i na poziomie ich stosowania w rolnictwie. Technologie produkcji nawozów azotowych przyczyniaj si do emisji znacznych iloci dwóch gazów cieplarnianych, a mianowicie dwutlenku wgla (CO2) oraz podtlenku azotu (N2O). W procesie produkcji 1 tony amoniaku na drodze syntezy chemicznej do atmosfery emitowane jest okoo 1,6 tony CO2, natomiast dalszemu przetwarzaniu amoniaku na kwas azotowy towarzyszy emisja okoo 2-2,5 kg N2O (na 1 ton kwasu azotowego). Emisja podtlenku azotu wydaje si mao znaczca, ale naley podkreli , e równowanik efektu cieplarnianego tego gazu w stosunku do dwutlenku wgla wynosi a 300 [Czarnomski i in. 2012]. Ponadto przemys nawozów azotowych niekorzystnie wpywa na rodowisko poprzez inne negatywne efekty, m.in.: zuywanie nieodnawialnych zasobów energetycznych5, emisj pyów, odpady technologiczne i eksploatacyjne (zuyte katalizatory, oleje, opakowania), zrzuty ciekowe jonów (NH4+, NO3+), wod technologiczn i chodnicz [Tabak 2011, Górecki 2003]. Nawozy azotowe stosowane w rolnictwie nawet najlepiej aplikowane nie s wykorzystywane przez roliny w 100%. Najczciej szacuje si, e rednie wykorzystanie azotu z nawozów azotowych wynosi okoo 60-70%. Oznacza to, e rednio a 30-40% azotu wytworzonego przez przemys i zastosowanego na pola uprawne w formie nawozów ulega nieproduktywnemu rozproszeniu w rodowisku przyrodniczym. Ten niewykorzystany przez roliny uprawne azot moe ulatnia si do atmosfery w formie gazowej jako amoniak (NH3), tlenki azotu (N2O, NO, NO2), azot czsteczkowy (N2) lub moe ulec wymywaniu w formie jonów NO3- lub NH4+ do wód podziemnych i powierzchniowych. Efektem rozpraszania azotu z nawozów s niekorzystne nastpstwa rodowiskowe, takie jak: efekt cieplarniany, kwane deszcze, niszczenie warstwy ozonowej, eutrofizacja wód powierzchniowych [Czarnomski i in. 2012]. Jak podkrela Piwowar [2013], w przypadku zbyt wysokiego nawoenia azotowego moe dochodzi do nagromadzenia si nadmiernych iloci azota-. 5. Szacuje si, e przemys azotowy zuywa okoo 1,2% wiatowych noników energetycznych i wnosi do globalnego ocieplenia podobny udzia [Górecki 2003].. 21.

(22) nów w rolinie i w glebie. Forma azotanowa6 azotu, jeli nie zostanie pobrana przez rolin, szybko ulega wymyciu w gb profilu glebowego i przenika do wód gruntowych. Nadmierne iloci azotanów w wodach pitnych oraz w ywnoci lub w paszach mog dziaa bardzo szkodliwie na zwierzta i ludzi. Kumulacja azotanów i wytworzonych z nich azotynów w rolinie moe prowadzi. do powstawania zwizków rakotwórczych dla czowieka zwanych nitrozoaminami. Zawarto azotynów we krwi powoduje ponadto redukcj hemoglobiny, co z kolei wpywa na zaburzenia w rozprowadzaniu tlenu w organizmie [Prze dziecki 1980]. Nawozy azotowe s istotnym czynnikiem przyczyniajcym si do zakwaszenia gleb i tym samym do pogorszenia rodowiska wzrostu i rozwoju rolin. Do zakwaszenia gleb przyczyniaj si równie kwane deszcze7, powstajce w wyniku emisji m.in. tlenków azotu. Zakwaszajce dziaanie nawozów azotowych zwizane jest z form wystpowania azotu w nawozie – silniej zakwaszajco dziaaj nawozy amonowe ni saletrzane (zawierajce azot w formie azotanowej). Zakwaszajce dziaanie mocznika wynika z uwalniania jonu amonowego w wyniku hydrolizy. Nawozem najbardziej fizjologicznie zakwaszajcym jest siarczan amonu, natomiast nawozem fizjologicznie zasadowym – saletra 6. W nawozach mineralnych azot wystpuje w formie amonowej, azotanowej i amidowej. Nawozy zawierajce azot amonowy (np. siarczan amonu, amoniak bezwodny) cechuj si spowolnionym dziaaniem. Przeznaczone s przede wszystkim do stosowania przedsiewnego – wynika to z wizania azotu amonowego w glebowym kompleksie sorpcyjnym. Stosowanie formy amonowej ogranicza akumulacj azotanów w rolinach. Nawozy zawierajce azot azotanowy (nawozy saletrzane np. saletra wapniowa) cechuj si dziaaniem szybkim i krótkotrwaym. Przeznaczone s zwaszcza do nawoenia pogównego – wprowadzone do gleby jony NO3- obecne s w roztworze glebowym (nie s wizane przez faz sta gleby), a wic s atwo dostpne dla rolin, istnieje jednak due ryzyko wymywania azotu w gb profilu glebowego. Nawozy amidowe (np. mocznik) charakteryzuj si spowolnionym dziaaniem – wie si to z przeksztaceniem w glebie azotu amidowego w form amonow, a nastpnie w form azotanow. Nawozy amidowe powoduj mniejsze zasolenie gleby ni inne formy azotu oraz wpywaj na mniejsz akumulacj azotanów w rolinach. Nawozy zawierajce azot azotanowy i amonowy (np. saletra amonowa, saletrzaki) cechuj si szybkim i dugotrwaym dziaaniem, mog by stosowane przedsiewnie i pogównie, a wic s nawozami uniwersalnymi. Wie si to z obecnoci w nawozie zarówno azotu w formie jonów azotanowych bezporednio dostpnych dla rolin, jak i azotu amonowego dostpnego w pó niejszym okresie czasu [Gorlach i Mazur 2001, Tabak 2011].. 7. Kwane deszcze przyczyniaj si zakwaszenia gleby i wypukiwania z niej podstawowych skadników pokarmowych, z wapniem i magnezem wcznie. Kwas siarkowy moe wej. w reakcj z niektórymi mineraami znajdujcymi si w glebie, uwalniajc potencjalnie toksyczne stenia metali, takich jak oów, arsen i kadm [Hillel 2012].. 22.

(23) wapniowa. Szacuje si, e aby zobojtni 100 kg siarczanu amonu potrzeba 110 kg wglanu wapnia, 100 kg mocznika – 82 kg wglanu wapnia, a 100 kg saletry amonowej – 61 kg wglanu wapnia. Wikszo rolin uprawnych nie toleruje kwanego odczynu gleby i najlepiej rozwija si w glebach o odczynie obojtnym lub lekko kwanym. Ponadto kwany odczyn gleb zwiksza wystpowanie w glebie przyswajalnych form metali cikich, takich jak m.in. oów i kadm [Filipek-Mazur 2011a]. Dla wikszoci rolin uprawnych odczyn gleby pokrywa si z wraliwoci na obecno zwizków glinu, których toksyczno gwatownie wzrasta przy spadku odczynu gleby poniej 5,5 pH. Objawy toksycznoci glinu najszybciej ujawniaj si na korzeniach, których wzrost zostaje zahamowany, a same staj si zgrubiae, krótkie i czsto gnij. W glebie o niskim odczynie i duej aktywnoci zwizków glinu roliny uprawne wytwarzaj saby, pytko rozmieszczony system korzeniowy. Tym samym takie roliny nie s w stanie pobiera z gleby dostatecznej iloci skadników mineralnych i wody. Wystpowanie objawów toksycznoci glinu jest jednoczenie wskazówk natychmiastowej koniecznoci zastosowania rodka zaradczego, jakim jest wapnowanie [Czuba 1996].. 3.2. Wpyw produkcji nawozów fosforowych i nawoenia fosforowego na rodowisko Istotnym problemem zwizanym z produkcj nawozów fosforowych jest powstajcy z fosforytów w procesie produkcji kwasu fosforowego uciliwy odpad w postaci uwodnionego siarczanu wapnia, zwany fosfogipsem. Skala produkcji tego odpadu jest znaczca, bowiem na 1 ton wyprodukowanego z fosforytów kwasu fosforowego powstaje 4-5 ton fosfogipsu [Biskupski i in. 2005]. Odpad fosfogipsowy, oprócz uwodnionego siarczanu wapnia zawiera równie szereg zanieczyszcze, takich jak: zwizki fluoru, krzemu, magnezu, glinu, chloru, siarki oraz metale cikie i radionuklidy, co utrudnia dalsze jego wykorzystanie. Poziom zanieczyszcze towarzyszcych siarczanowi wapnia zawartemu w fosfogipsie zaley gównie od rodzaju surowca fosforowego. Apatyty charakteryzuj si duo niszym poziomem tego rodzaju zanieczyszcze w porównaniu z fosforytami8. Mimo wielu prac badawczych nie opracowano jak dotd skutecznych metod utylizacji tego odpadu, który zalega na skadowiskach. 8. Fosfogipsy pochodzce z fosforytów wykazuj radioaktywno ; uran zawarty w surowcach fosforytowych w wyniku rozpadu promieniotwórczego tworzy porednio izotopy radu przechodzc ostatecznie w gazowy radon. Zwizki radu przechodz do odpadu fosfogipsowego.. 23.

(24) fabrycznych9. Skadowiska fosfogipsu wymagaj ochrony przed uwalnianiem zanieczyszcze do rodowiska naturalnego10. Uciliwe jest take zajmowanie powierzchni ziemi na skadowiska odpadów, które równie po zamkniciu mog by wykorzystywane w sposób ograniczony. Gówne zagroenia rodowiskowe wynikajce ze stosowania nawozów fosforowych w rolnictwie zwizane s z rozpraszaniem z nich fosforanów do zbiorników wodnych poprzez spywy powierzchniowe zwizane z erozj wodn. Fosfor jest pierwiastkiem mao mobilnym w glebie [Sapek 2009], ale jest równoczenie istotnym skadnikiem odpowiedzialnym za eutrofizacj wód powierzchniowych [Smoro 2012, Sapek 2002]. Chocia adunki fosforu w spywie powierzchniowym nie s ilociowo due w porównaniu np. z wymywanym azotem, to ze wzgldu na funkcj, jak ten pierwiastek odgrywa w rodowisku w procesie eutrofizacji wód powierzchniowych, jego znaczenie jest kluczowe [Jadczyszyn i in. 2014]. Przykadowo optymalny wzrost alg nastpuje przy stosunku azotu do fosforu okoo 7:1. W naturalnych akwenach stosunek stenia azotu do fosforu wynosi okoo 10:1, std wprowadzenie do wody zwizków fosforu znacznie ten proces przyspiesza [Górecki 2002]. Rozpraszanie fosforu do wód powierzchniowych jest zwizane z niskim jego wykorzystaniem z nawozów mineralnych, które w pierwszym roku po zastosowaniu wynosi w granicach 20-30%. Przyjmuje si, e w cigu kilku lat po zastosowaniu wykorzystanie fosforu przez roliny dochodzi natomiast do okoo 60% [Czarnomski i in. 2012]. W wyniku zwikszonego stenia fosforu oraz azotu w wodach powierzchniowych nastpuje przyspieszony rozwój fitoplanktonu i rolin nadbrzenych. Wiele gatunków fitoplanktonu jest szkodliwych dla ludzi, wywouj one bowiem choroby odka, katar, a nawet parali. U zwierzt w przypadku silnego zatrucia moe nastpi mier na skutek poraenia ukadu nerwowego. 9. Do 2005 r. instalacje produkujce kwas fosforowy wytworzyy na caym wiecie okoo 5 bln ton odpadu, z czego 70-90% zostao zdeponowane na skadowiskach [Hilton 2006]. Wykorzystanie przemysowe w skali wiatowej jest niewielkie, pomimo zaproponowania ponad 50 moliwoci wykorzystania. Gówne kierunki proponowanych zastosowa to: rolnictwo, budownictwo kubaturowe, budownictwo inynieryjne i budownictwo drogowe, niwelacja wyrobisk górniczych oraz rekultywacja terenów zdegradowanych. W rolnictwie fosfogips jest stosowany w wikszych ilociach w Hiszpanii, Brazylii oraz w USA. Wykorzystanie to ma charakter lokalny z przeznaczeniem pod specyficzne uprawy np. w USA orzeszki arachidowe, w Brazylii i Hiszpanii ze wzgldu na specyficzne wasnoci gleby [Folek i in. 2012].. 10. Skadowiska fosfogipsu negatywnie oddziaywaj na rodowisko m.in. poprzez pylenie, emisj fluoru oraz zanieczyszczenie wód [Nowak i in. 1999].. 24.

(25) Objawy choroby obserwuje si ju w kilka godzin po wypiciu zakaonej wody. Nadmierny rozwój glonów zuboa wod w tlen, a rolinno przybrzena powoduje zarastanie brzegów i zmniejszanie lustra zbiorników wodnych. Wytwarzana dua masa organiczna ulega rozkadowi, w warunkach beztlenowych pozostaje siarkowodór, amoniak, metan, itp., czyli zwizki szkodliwe dla ryb i rolin. Wskutek tego dochodzi do wymarcia szlachetnych gatunków ryb, poytecznego fitoplanktonu i rolinnoci. Woda staje si mao przydatna do hodowli ryb, celów gospodarczych i rekreacyjnych [Czuba 1996]. Negatywny wpyw rolnictwa na rodowisko wodne wida najwyra niej w „martwej strefie” Zatoki Meksykaskiej, gdzie wysoki poziom azotu i fosforu pochodzcych ze róde rolniczych spywajcych do dorzecza Missisipi w istotny sposób przyczyni si do zakwitów wody. W wyniku zwikszonego stenia skadników pokarmowych nastpio namnaanie si glonów, które zabieraj tlen na powierzchni ponad 1 tys. km2 wód przybrzenych i uniemoliwiaj ycie organizmom wodnym [Buttel 2003]. Nawozy mineralne s istotnym ródem metali cikich w glebie, m.in.: kadmu, miedzi, oowiu, niklu, cynku, chromu i rtci. Metale cikie w nawozach wystpuj w postaci zanieczyszcze lub s celowo wprowadzane jako mikroelementy, np. mied czy cynk. Nawozy azotowe i potasowe zawieraj niewielkie iloci metali cikich, nie maj wic istotnego znaczenia jako ródo skaenia gleby [Filipek-Mazur 2011b]. Najwicej metali cikich, w tym gównie kadmu, znajduje si w nawozach zawierajcych w swoim skadzie fosfor. Wynika to z podwyszonej zawartoci kadmu w surowcu wykorzystywanym do produkcji tych nawozów. Zawarto kadmu w fosforytach waha si od 5 do ponad 80 mg/kg. Apatyty charakteryzuj si z kolei nisk zawartoci kadmu – poniej 1 mg [Bednarek i Lipiski 1997, Gorlach i Gambu 1997].

(26) ródem zanieczyszcze nawozów mineralnych metalami cikimi jest równie kwas siarkowy, stosowany do rozkadu surowca fosforowego w celu otrzymania kwasu fosforowego, a take kationy metali (niklu i chromu) uwalniane z aparatury w trakcie przebiegu procesu produkcyjnego [Czuba 1996]. Wraz ze wzrostem procentowej zawartoci skadnika pokarmowego w nawozie fosforowym zmniejsza si ilo metali cikich wprowadzanych do gleby. W wyniku tego z superfosfatem pojedynczym wprowadza si ich wicej ni z superfosfatem potrójnym [Gorlach i Gambu 1997, Domagaa-witkiewicz 2005]. Roliny maj moliwo poboru metali poprzez system korzeniowy, a take poprzez czci naziemne. Pobierane z plonami metale mog przemieci. si do ukadu pokarmowego zwierzt i ludzi, stanowic zagroenie dla zdrowia. Cech wspóln metali cikich jest to, e nawet w stosunkowo niewielkiej iloci. 25.

(27) dziaaj toksycznie na roliny, ludzi i zwierzta. Mog by przyczyn zatru. ostrych i przewlekych. Toksyczne dziaanie metali cikich na organizmy ywe polega przede wszystkim na wywoywaniu zaburze w ukadzie enzymatycznym (blokowanie enzymów), co powoduje zmiany w przebiegu procesów fizjologicznych i biochemicznych, w skrajnych przypadkach prowadzce do obumierania komórek i tkanek. Wpywaj take na zmian przepuszczalnoci bon komórkowych i ograniczaj tempo fotosyntezy [Filipek-Mazur 2011b]. Tabela 2. Zawarto metali cikich w nawozach mineralnych [mg/kg] Metal. Nawozy mineralne Azotowe. Fosforowe. Potasowe. Wieloskadnikowe. Kadm. 0,05-8,5. 0,1-170. 2,6. 2,6-41,6. Chrom. 3,2-19. 66-600. 13. -. Mied. <1-15. 1-300. 2,4. 4,8-42,7. Rt. 0,3-2,9. 0,01-1,2. -. -. Nikiel. 7-34. 7-38. 16,2. 8,9-156,5. Oów. 2-27. 7-225. 9,7. 7,6-107,5. Cynk. 1-42. 50-1450. 31-236. 10-450. ródo: [Kabata-Pendias i Pendias 1999, Gorlach i Mazur 2002].. Tabela 3. Wraliwo rolin, zwierzt i ludzi na podwyszony poziom metali cikich Metal. Rolina. Zwierz. Czowiek. Kadm. maa. rednia. dua. Mied. dua. rednia*. maa. Rt. maa. rednia. dua. Nikiel. dua. rednia. maa. Oów. maa. rednia. dua. Cynk. dua. rednia. maa. * oprócz owiec, u których dua ródo: [Gorlach 2001].. Wraliwo organizmów ywych na podwyszony poziom metali cikich jest róna. Jak podaje Gorlach [2001] mied , nikiel i cynk charakteryzuj si du toksycznoci dla rolin. Dla czowieka szczególnie niebezpieczne s oów, kadm oraz rt . Zwierzta s bardziej tolerancyjne w odniesieniu do metali cikich.. 26.

(28) 3.3. Przyrodnicze skutki stosowania nawozów potasowych Nawozy mineralne stosowane w duych ilociach mog przyczynia si do zagroenia rodowiska w postaci nadmiernej koncentracji soli w roztworze glebowym. Zasolenie polega na gromadzeniu si w glebie rozpuszczalnych w wodzie soli potasu, magnezu, wapnia i sodu w formie chlorków, siarczanów i wglanów. Sole te rozpuszczaj si i przemieszczaj wraz z wod. Podczas parowania wody sole pozostaj w glebie. Obszarami szczególnie zagroonymi zasoleniem s gleby sztucznie nawadniane, co wynika ze zwikszonego parowania. Zasolenie jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych procesów degradacji gleb. Poszczególne nawozy mineralne znacznie róni si oddziaywaniem na okresowy wzrost stenia soli w roztworze glebowym. Najwikszy wpyw na zasolenie gleb maj nawozy potasowe oraz niektóre nawozy azotowe, np. saletra amonowa i sodowa [Gorlach, Mazur 2001]. Zasolenie gleby niekorzystnie wpywa na rozwój rolin szczególnie w fazie kiekowania i wschodów, poniewa prowadzi do zachwiania pobierania skadników pokarmowych, a przez to do niewaciwego odywienia rolin. Poza tym nadmierne stenie soli w podou powoduje wystpienie tzw. suszy fizjologicznej – stanu, w którym roliny, pomimo obecnoci wilgoci w glebie, nie s w stanie pobra wody z podoa. W skrajnych przypadkach prowadzi to do widnicia i zamierania caych upraw.. 27.

(29) 4. Charakterystyka produkcji i handlu zagranicznego surowcami wykorzystywanymi do produkcji nawozów mineralnych 4.1. Amoniak Amoniak (NH3) to bezbarwny, dobrze rozpuszczalny w wodzie gaz o specyficznym, ostrym zapachu. W rodowisku naturalnym powstaje jako produkt gnicia substancji biakowych. W skali przemysowej uzyskuje si go bezporednio z pierwiastków metod Habera i Boscha. Amoniak jest podstawowym produktem do wytwarzania nawozów azotowych. Z jego przetworzenia pozyskuje si ponad 97% nawozów azotowych. Pozostae 3% nawozów azotowych stanowi saletry: chilijska, norweska i indyjska, które wystpuj naturalnie jako mineray, oraz siarczan amonu, który jest produktem ubocznym w procesie wytwarzania kaprolaktamu [Dembowska 2011]. Amoniak na skal przemysow jest otrzymywany w wyniku bezporedniej syntezy azotu i wodoru. Azot pozyskuje si z powietrza atmosferycznego, natomiast wodór moe by otrzymywany kilkoma metodami. Najbardziej popularne, najprostsze, a jednoczenie najtasze jest uzyskanie wodoru z gazu ziemnego w procesie chemicznym. Szacuje si, e ponad 72% amoniaku uzyskuje si w procesie parowego reformingu11 gazu ziemnego. Okoo 22% amoniaku produkuje si w procesie zgazowania wgla12. Metoda ta jest szczególnie popularna w Chinach, gdzie a 70-75% amoniaku uzyskuje si przy jej wykorzystaniu. W Pastwie rodka a 90% zakadów produkujcych amoniak stanowi mae i rednie instalacje, które do produkcji amoniaku zuywaj gównie wgiel, a tylko 10% to due zakady bazujce przede wszystkim na gazie ziemnym. Pozostae 6% wiatowej produkcji amoniaku wytwarza si ze spalania produktów ropopochodnych. Ta ostatnia metoda otrzymywania amoniaku jest szczególnie rozpowszechniona w Indiach [Tracking…2007]. Wytwarzanie amoniaku w procesie spalania produktów ropopochodnych pochania o 30% wicej energii ni przy uyciu gazu ziemnego. Produkcja amo11. Parowy reforming gazu ziemnego to proces chemiczny polegajcy na uzyskaniu wodoru z gazu ziemnego przy wykorzystaniu pary wodnej.. 12. Zgazowanie wgla to proces polegajcy na czciowym spalaniu wgla, w wyniku którego uzyskuje si gaz syntezowy lub opaowy.. 28.

(30) niaku wykorzystujca wgiel jest jeszcze bardziej energochonna, o 70% wysza ni w oparciu o reforming gazu ziemnego [Best… 2000]. Tabela 4. Porównanie relatywne kosztów wytwarzania amoniaku Proces. Reforming. Póspalanie. Surowiec. gaz ziemny. oleje cikie (ropopochodne). wgiel. Zuycie energii. 1. 1,3. 1,7. Nakady inwestycyjne. 1. 1,4. 2,4. Koszty wytwarzania. 1. 1,2. 1,7. ródo: [Best… 2000]. Tabela 5. Szacunkowe zuycie energii w produkcji amoniaku w 2012 r. Produkcja Region. Produkcja z gazu ziemnego. rednie zuycie energii. Cakowite zuycie energii. mln t NH3. 2002 r. =100. %. GJ/t NH3. PJ/rok. Europa Zachodnia. 11,2. 94,2. 90*. 35,8. 401. Europa rodkowa. 6,0. 136,8. 95**. 43,5. 261. WNP. 23,0. 130,4. 100. 39,9. 918. Ameryka Pónocna. 15,2. 88,8. 100. 37,9. 576. Ameryka aciska. 9,5. 121,2. 100. 36,0. 342. Chiny. 53,5. 156,4. 24***. 49,1. 2627. Indie. 13,0. 108,4. 80****. 37,7. 490. Pozostae kraje Azji. 12,5. 101,6. 100. 37,0. 463. Bliski Wschód. 14,6. 194,4. 100. 36,0. 526. Afryka. 6,3. 134,2. 100. 36,0. 227. Oceania. 1,8. 184,0. 100. 36,0. 65. 166,0. 127,8. 72,4. 41,3. 6856. wiat. * pozostae 10% amoniaku wytwarzane jest z produktów ropopochodnych; ** pozostae 5% amoniaku wytwarzane jest z produktów ropopochodnych; *** 75% amoniaku produkowane jest z wgla – jednostkowe zuycie energii wynosi 54 GJ/t NH3, 24% z gazu ziemnego – jednostkowe zuycie energii wynosi 34 GJ/t NH3; **** 80% amoniaku produkowane jest z gazu ziemnego – jednostkowe zuycie energii wynosi 37 GJ/t NH3, pozostae 20% wytwarzane jest z produktów ropopochodnych – jednostkowe zuycie energii wynosi 45 GJ/t NH3. ródo: [Energy… 2012, Tracking… 2007].. 29.

(31) Wedug szacunków 81% wiatowej produkcji amoniaku wykorzystuje si do wytwarzania nawozów mineralnych, 3% stosuje si bezporednio jako nawóz (gównie w USA, w Europie na niewielk skal m.in. w Danii) [Abram, Forster 2005]. Pozostae 16% wytworzonego amoniaku ma zastosowanie w przemyle m.in. do produkcji czynnika chodniczego, tkanin syntetycznych, materiaów wybuchowych, wody amoniakalnej oraz jako dodatek do pasz. Znajduje on równie zastosowanie w przemyle metalowym np. do utwardzania powierzchni stalowych. Produkcja13 wiatowa produkcja amoniaku w 2013 r. wyniosa 170 mln ton, tj. o 2% wicej w porównaniu z rokiem poprzednim oraz o 30% wicej ni 10 lat wczeniej. Produkcja amoniaku w 2013 r. wykorzystywaa 81% zainstalowanych mocy produkcyjnych, które wynosiy 211 mln ton. Wedug szacunków wiatowe zdolnoci wytwórcze wzrosn do 2018 r. do ponad 245 mln ton. Amoniak jest produkowany w blisko 70 krajach, jednak tylko w niespena 30 z nich poziom rocznej produkcji przekracza 1 mln ton. Przewaajca cz produkcji jest zlokalizowana w krajach dysponujcych najwikszymi na wiecie zasobami gazu ziemnego oraz wgla. Najwikszym producentem amoniaku s Chiny, które wytworzyy w 2013 r. blisko 34% wiatowej produkcji. Udzia pozostaych liczcych si producentów jest wyra nie mniejszy i wynosi od 7-9% (Rosja, Indie i USA) do 4% (Indonezja, Kanada, Trynidad i Tobago, Ukraina). Udzia Unii Europejskiej w wiatowej produkcji amoniaku wyniós w 2013 r. blisko 10%. Najwikszymi producentami w UE s kolejno Niemcy, Holandia i Polska. Zwikszya si koncentracja produkcji amoniaku. W cigu 10 lat udzia piciu najwikszych producentów wzrós z 56 do 59%. Wród tej grupy krajów najwikszy wzrost produkcji wystpi w Chinach, gdzie produkcj zwikszono o 68% oraz w Rosji (o 31%). W Indiach, USA oraz w Indonezji wzrost produkcji by w omawianym okresie stosunkowo niewielki (4-8%). W ostatnim dziesicioleciu wyra nie wzroso znaczenie krajów Bliskiego Wschodu w wiatowej produkcji amoniaku. W tym okresie w Omanie produkcj zwikszono blisko 6-krotnie, w Katarze o 155%, w Iranie o 116%, w Arabii Saudyjskiej o 83%, a w Zjednoczonych Emiratach Arabskich o 68%. Dynamicznie rosnca produkcja w tym regionie wynika z jednej strony z relatywnie 13. Opracowano na podstawie danych statystycznych International Fertilizer Industry Association (IFA) – www.fertilizer.org/statistics.. 30.

(32) niskich kosztów wytwarzania (dostp do taniego gazu ziemnego, tania sia robocza), z drugiej natomiast z silnie rosncego popytu na amoniak wykorzystywany do produkcji nawozów azotowych. Tabela 6. Kraje z najwysz produkcj amoniaku w 2013 r. Produkcja w 2013 r. (mln ton NH3). Udzia w wiatowej produkcji (%). Zmiany produkcji 2003 r.=100 (%). 170,3 57,2 14,5 13,1 11,1 5,4 5,1. 100,0 33,6 8,5 7,7 6,5 3,2 3,0. 129,8 160,7 121,8 107,4 107,7 103,8 118,6. Kanada. 4,9. 2,9. 108,9. Ukraina. 4,3. 2,5. 89,6. Arabia Saudyjska. 3,9. 2,3. 183,0. Katar. 3,6. 2,1. 255,1. Niemcy. 3,4. 2,0. 98,4. Kraj wiat Chiny Rosja Indie USA Indonezja Trynidad i Tobago. Egipt. 3,3. 1,9. 148,4. Pakistan. 3,3. 1,9. 113,8. Iran. 2,9. 1,7. 215,9. Holandia. 2,8. 1,6. 127,6. Polska. 2,6. 1,5. 107,7. ródo: Opracowanie wasne na podstawie danych IFA.. W krajach Unii Europejskiej jest natomiast obserwowana stagnacja produkcji, a w rezultacie malejce znaczenie w wiatowej produkcji. Udzia UE w wiatowej produkcji amoniaku zmala w cigu 10 lat o 3 p.p. do 10%. W tym okresie w Niemczech, Francji, Wielkiej Brytanii i Belgii, czyli w krajach wytwarzajcych stosunkowo due iloci amoniaku, nastpi spadek produkcji, natomiast w Polsce oraz w Rumunii produkcj nieznacznie zwikszono. Stagnacja produkcji amoniaku w UE wynika z zahamowania wzrostu popytu na rynku wspólnotowym, ale take z malejcej konkurencyjnoci spowodowanej rosncymi kosztami zuywanego do jego produkcji gazu ziemnego oraz zaostrzania przepisów zwizanych z redukcj emisji gazów cieplarnianych.. 31.

(33) Handel midzynarodowy14 Midzynarodowe obroty handlowe amoniakiem s stosunkowo niewielkie. Amoniak jest transportowany gównie drog morsk. W 2013 r. okoo 18 mln ton amoniaku byo przedmiotem wymiany handlowej. Udzia handlu w wiatowej produkcji wyniós niespena 11% i by porównywalny z latami poprzednimi. Niewielki udzia obrotów handlowych wynika przede wszystkim z faktu, ze najwiksi producenci amoniaku (Chiny, USA i Indie) przeznaczaj cao wytworzonego amoniaku na rynek wewntrzny do dalszego przetwarzania na nawozy azotowe. Ponadto niewielki obrót amoniakiem jest nastpstwem wysokich kosztów transportu wynikajcych ze specyfikacji tej substancji, która jest trudna do transportu15. W 2013 r. najwicej amoniaku wyeksportowa Trynidad i Tobago, a jego udzia w cakowitych obrotach wyniós 23%. Kraj ten jest jednym z czoowych producentów, przy czym zapotrzebowanie rynku wewntrznego, z powodu niedostatecznie rozwinitego przemysu nawozowego, jest tam stosunkowo niewielkie. W konsekwencji zdecydowana wikszo produkcji (ponad 80%) jest przeznaczana na rynki zagraniczne, w tym gównie na chonny rynek USA. Wanymi eksporterami s równie Rosja oraz Arabia Saudyjska, przy czym Rosja przeznacza na eksport niespena 24% wyprodukowanych nawozów, a Arabia Saudyjska – ponad 40%. W latach 2003-2013 wywóz amoniaku z Trynidadu i Tobago oraz z Rosji wzrós o kilkanacie procent, natomiast z Arabii Saudyjskiej ponad 3-krotnie. Ponadto wyra ny, kilkukrotny wzrost eksportu odnotowano m.in. w Katarze, Iranie oraz Egipcie. Dynamicznie rosncy eksport z krajów Bliskiego Wschodu jest spowodowany wysok konkurencyjnoci, wynikajc zarówno z dostpu do taszego gazu ziemnego, ale take z nowoczesnej i bardziej efektywnej16 infrastruktury instalacji wytwórczych. W imporcie amoniaku najwiksze znaczenie maj USA z 33% udziaem w obrotach ogóem w 2013 r. Ponadto duymi importerami s równie: Indie, 14. Opracowano na podstawie danych IFA.. 15. Transport amoniaku podlega przepisom o przewozie materiaów niebezpiecznych. Precyzuj je przepisy ADR (Midzynarodowa konwencja dotyczca drogowego przewozu towarów i adunków niebezpiecznych) i RID (Regulamin dla midzynarodowego przewozu kolejami towarów niebezpiecznych).. 16. Jednostkowe zuycie energii w produkcji amoniaku (przy wykorzystaniu gazu ziemnego) w krajach Bliskiego Wschodu wynosi rednio 36 GJ/t NH3, podczas gdy w Ameryce Pónocnej jest to 37,9 GJ/t NH3, a w krajach WNP 39,9 GJ/t NH3, w Europie rodkowej 43,5 GJ/t NH3, a w Chinach 49,1 GJ/t NH3 [Tracking… 2007].. 32.

(34) Korea Poudniowa, Francja, Belgia, Turcja oraz Maroko. Wysoki import amoniaku w tych krajach jest nastpstwem silnego popytu na nawozy azotowe w warunkach niedostatecznie rozbudowanych instalacji do syntezy amoniaku (co wynika w niektórych przypadkach równie z wysokich cen importowanego gazu ziemnego). Ponadto Maroko, posiadajce najwiksze na wiecie zoa fosforytowe, importuje amoniak w celu wykorzystania go do produkcji nawozów wieloskadnikowych, w tym gównie fosforanu amonu z przeznaczeniem na eksport. Rysunek 3. Struktura geograficzna midzynarodowego handlu amoniakiem w 2013 r. eksport Arabia Saudyjska 8% Rosja 19%. import Indie 10%. Ukraina 7% Kanada 7%. USA 33%. Korea Pd. 7% Francja 5% Belgia 4% Trynidad i Tobago 3%. Trynidad i Tobago 23%. Pozostae 36%. Pozostae 34%. Maroko 3%. ródo: Opracowanie wasne na podstawie danych IFA.. 4.2. Gaz ziemny Gaz ziemny, czasem nazywany równie bkitnym paliwem, jest surowcem kopalnym, które tworzy si przez miliony lat w wyniku beztlenowego rozkadu substancji organicznych w wolnych pokadach wypeniajcych przestrzenie skorupy ziemskiej. Pokady gazu ziemnego wystpuj samodzielnie lub towarzysz zoom ropy naftowej lub wgla kamiennego. Jest wydobywany w taki sam sposób jak ropa naftowa – w zoach wystpuje pod wysokim cinieniem, dlatego te podczas wiercenia sam wydobywa si na powierzchni ziemi. Transport gazu odbywa si gównie poprzez gazocigi, jednak moe on równie by transportowany w postaci skroplonej lub spronej. Zawarto skadników jest zmienna i zaley przede wszystkim od. 33.

(35) miejsca wydobycia, jednak gównym skadnikiem stanowicym ponad 90%17 gazu ziemnego jest zawsze metan (CH4). Gaz ziemny jest uywany powszechnie jako paliwo do wytwarzania ciepa i energii, ale jest równie niezbdnym surowcem dla przemysu chemicznego. Gaz ziemny jest jednym z najwaniejszych, ale te jednym z najbardziej perspektywicznych surowców energetycznych. W energetyce wiatowej zauwaa si stopniowy, ale wyra ny trend wzrostowy w zakresie udziau gazu ziemnego w rynku energetycznym. W 2013 r. gaz ziemny mia 23,7% udziau w globalnym zuyciu energii po ropie naftowej (32,9%) i wglu (30,1%) [BP… 2014]. Wanym kryterium uytkowania paliw kopalnych jest emisja dwutlenku wgla, aktywnego gazu cieplarnianego, odpowiedzialnego za efekt globalnego ocieplenia klimatu. W tej kwestii bezwzgldn przewag nad wglem i rop naftow ma gaz ziemny, przy spalaniu którego powstaje o blisko poow mniej dwutlenku wgla ni przy spalaniu ropy naftowej, jej produktów oraz wgla. W przemyle energetycznym, stanowicym jeden z gównych sektorów konsumujcych noniki energii, przy wygenerowaniu mocy 1 kWh powstaje przy uyciu: wgla kamiennego – 0,33 kg CO2, wgla brunatnego – 0,40 kg CO2, oleju opaowego – 0,28 kg CO2, gazu ziemnego – 0,20 kg CO2. Gaz ziemny sta si najbardziej podanym nonikiem energii na wiecie, o wysokim stopniu akceptacji spoecznej ze wzgldu na najwyszy stopie czystoci, atwo transportu i uytkowania [Rychlicki, Siemek 2008]. Gaz ziemny jest najbardziej wydajnym, najpopularniejszym, a zarazem najtaszym surowcem energetycznym wykorzystywanym w procesie syntezy amoniaku. Koszty gazu ziemnego stanowi od 72 do 85% ogólnych kosztów produkcji amoniaku, a rónice wynikaj m.in. z technologii produkcji i zwizanej z ni efektywnoci instalacji wytwórczych. Szacuje si, e produkcja amoniaku wykorzystuje 5% cakowitego wydobycia gazu ziemnego na wiecie [Huang 2007, Fixen 2009]. Rodzaj i waciwoci ska, w których znajduje si gaz ziemny, warunkuj moliwoci jego wydobycia, przez co zoa dzielimy na konwencjonalne i niekonwencjonalne18. Rezerwy19 gazu ziemnego ze zó konwencjonalnych w 2012 r. 17. Pozostae 10% stanowi: butan, etan, propan i inne zwizki organiczne.. 18. Gaz ziemny ze zó konwencjonalnych pochodzi zazwyczaj ze ska zbiornikowych o wysokiej przepuszczalnoci i nadaje si do wydobycia z zastosowaniem tradycyjnych technologii. Dua cz gazu produkowanego obecnie na caym wiecie ma charakter konwencjonalny, a jego wydobycie jest wzgldnie proste i tanie. Z kolei gaz niekonwencjonalny znajduje si w skaach zbiornikowych o bardzo maej przepuszczalnoci, dlatego nie moe by wydobywany w sposób 34.

(36) wyniosy 186 bln m3. Pomimo cigej eksploatacji rezerwy gazu ziemnego systematycznie rosn. W cigu 10 lat zoa gazu ziemnego moliwe do wydobycia wzrosy o prawie 20%, a w cigu 30 lat ponad 2-krotnie. Wzrost rezerw to wynik zarówno odkry nowych zó, jak i rozwoju technologii umoliwiajcej komercyjn eksploatacj zó, które do tej pory nie byy brane pod uwag [BP… 2014]. Najwiksze udokumentowane rezerwy konwencjonalnego gazu ziemnego znajduj si na Bliskim Wschodzie, na który przypada ponad 43% rezerw wiatowych. Duymi zasobami gazu ziemnego dysponuje równie Rosja (17% wiatowych rezerw), Turkmenistan (ponad 9%) oraz USA (5%). Usytuowane na terytorium Polski zoa gazu ziemnego stanowi zaledwie 0,1% wiatowych rezerw. Udokumentowane wiatowe zasoby gazu ziemnego charakteryzuje stosunkowo dua koncentracja wystpowania. W 2013 r. udzia piciu krajów posiadajcych najwiksze rezerwy gazu ziemnego wyniós blisko 63%. Szacuje si, e przy obecnym poziomie wydobycia udokumentowane rezerwy gazu ziemnego wystarcz na eksploatacj przez okoo 55 lat [BP… 2014]. Od kilkunastu lat dynamicznie rozwija si rynek gazu niekonwencjonalnego. Termin „gaz ziemny ze zó niekonwencjonalnych” oznacza gaz ziemny znajdujcy si w rónych formacjach skalnych, niemoliwy do wydobycia w tradycyjny sposób20. W ramach gazu niekonwencjonalnego wyrónia si kilka rodzajów zó niekonwencjonalnych. Wród nich najwiksze znaczenie przypisuje si gazowi upkowemu21 (tzw. shale gas), pozyskiwanemu z gazononych konwencjonalny. Zoa niekonwencjonalne gazu pooone s na ogó na duo wikszych gbokociach ni ma to miejsce w przypadku zó konwencjonalnych. Z tego te powodu udostpnienie ich jest bardziej kosztowne, znacznie trudniejsze technicznie i wymaga zastosowania zaawansowanych technologii. Wiercenie otworów pionowych, wykorzystywanych w przypadku zó konwencjonalnych, jest duo tasze ni wiercenie otworów kierunkowych z odcinkiem horyzontalnym, które s niezbdne w tym przypadku. 19. Rezerwy to cz zasobów nadajca si do eksploatacji w obecnych warunkach technicznych i ekonomicznych. Zasoby natomiast to cakowite zoa surowców energetycznych w skorupie ziemskiej oceniane, jako moliwe do pozyskania w przyszoci.. 20. Zoa gazu niekonwencjonalnego pooone s na ogó na duo wikszych gbokociach ni ma to miejsce w przypadku zó konwencjonalnych. Z tego te powodu ich eksploatacja jest bardziej kosztowna, znacznie trudniejsza technicznie i wymaga zastosowania zaawansowanych technologii. Wiercenie otworów pionowych, wykorzystywanych w przypadku zó konwencjonalnych, jest duo tasze ni wiercenie otworów kierunkowych z odcinkiem horyzontalnym, które s niezbdne w tym przypadku.. 21. Proces pozyskiwania gazu ziemnego z upków gazononych zapocztkowany zosta w USA i obecnie, ze wzgldu na posiadane technologie, praktycznie tylko w tym kraju ma miejsce produkcja gazu z upków na wiksz skal.. 35.

(37) upków, czyli ska osadowych pokrywajcych zazwyczaj zoa gazu i ropy. Pozostae rodzaje gazu niekonwencjonalnego to metan kopalniany zalegajcy w starych kopalniach wgla kamiennego, tzw. gaz cinity umieszczony w szczelinach skalnych (tzw. tight gas) oraz gaz zwizany w postaci hydratów. Ocenia si, e zasoby gazu ze zó niekonwencjonalnych wyra nie przewyszaj zasoby konwencjonalne. Technicznie moliwe do wydobycia zasoby gazu ze zó upkowych oceniane s na ponad 220 bln m3 [Technically… 2013]. Najwicej gazu w zoach tego typu znajduje si w USA i Chinach. Poza tym najbardziej zasobne struktury znajduj si w Argentynie, Algierii, Kanadzie i Meksyku. W Europie najwiksze zoa gazu upkowego usytuowane s w Polsce i we Francji. Rysunek 4. wiatowe rezerwy konwencjonalnego gazu ziemnego w 2013 roku (bln m3) 33,8. Iran 31,3. Rosja Katar. 24,7 17,5. Turkmenistan USA. 9,3 8,2. Arabia Saudyjska 6,1. Zjednoczone Emiraty Arabskie Wenezuela. 5,6 5,1. Nigeria Algieria. 4,5. Australia. 3,7. Irak. 3,6. Chiny. 3,3. Indonezja. 2,9. Norwegia. 2,0 0. 5. 10. 15. ródo: [BP… 2014].. 36. 20. 25. 30. 35. 40.

(38) Produkcja. W 2013 r. wiatowe wydobycie gazu ziemnego wynioso 3,4 bln m3, o 1% wicej ni w poprzednim roku oraz o 29% wicej ni 10 lat wczeniej [BP… 2014]. Produkcja zdominowana jest przez USA oraz Rosj, które maj cznie blisko 40% udziau w wiatowym wydobyciu. USA przeznaczaj wydobyty gaz ziemny gównie na rynek wewntrzny, natomiast Rosja – na eksport. Jeszcze kilka lat temu najwiksze wydobycie gazu ziemnego przypadao na Rosj, jednak poczwszy od 2009 r. liderem w produkcji gazu ziemnego s USA. Dynamicznie wzrost produkcji w USA w ostatnich latach wynika przede wszystkim z szybko rosncego wydobycia gazu ze zó niekonwencjonalnych, w tym gównie ze zó upkowych. Udzia gazu upkowego w cakowitym wydobyciu gazu ziemnego w USA wzrós z 8% w 2007 r. do blisko 40% w 2013 r. [www.eia.gov]. Dynamiczny wzrost wydobycia gazu ziemnego w USA spowodowa wyra ne zmniejszenie importu, co skutkowao m.in. ograniczeniem wydobycia w Kanadzie. W cigu 10 lat wydobycie w Kanadzie obniono o 16%, podczas gdy w USA wzroso ono o ponad 27%. W Rosji w tym okresie wzrost wydobycia by relatywnie niewielki i wyniós niespena 8%. Wyra nie, bo ponad 2-krotnie zwikszono natomiast wydobycie gazu ziemnego w krajach Bliskiego Wschodu, w tym w Katarze a 5-krotnie. Dynamicznie rosnce wydobycie na Bliskim Wschodzie wynikao przede wszystkim ze zwikszenia eksportu do krajów rozwijajcych si, gównie do Indii, Korei Poudniowej oraz Chin. Rysunek 5. Struktura wydobycia gazu ziemnego na wiecie 2003. 2013 USA 21%. Rosja 21%. Rosja 18%. Kanada 7%. USA 20%. Wielka Brytania 4%. Katar 5% Kanada 5%. Algieria 3%. Pozostae 41%. Iran 5%. Pozostae 40%. Iran 3%. ródo: [BP… 2014].. 37. Chiny 4% Norwegia 3%.