A Oes Ffordd Fwy Cyfeillgar i'r Hinsawdd o Ffrwythloni Cnydau? Gall Yr Ateb Fod Yn Chwythu Yn Y Gwynt

Mae planhigion yn naturiol yn cael eu “pweru gan yr haul,” ond mae ôl troed carbon yn gysylltiedig â’u tyfu fel cnwd. Mae'r tanwydd a ddefnyddir i bweru tractorau ac offer arall yn rhan o'r ôl troed hwnnw, ond y gydran fwyaf tua 36% yn gysylltiedig â'r nwy naturiol a ddefnyddir i wneud gwrtaith nitrogen synthetig.

Rhwng amhariadau a ysgogir gan wrthdaro yn y farchnad nwy naturiol fyd-eang a'r angen dybryd i fynd i'r afael â newid yn yr hinsawdd, mae dibyniaeth gwrtaith nitrogen ar danwydd ffosil yn dod yn anghynaladwy. Yr ateb delfrydol fyddai dod o hyd i ffordd o wneud cyflenwad ôl troed carbon isel o nitrogen gan ddefnyddio ynni adnewyddadwy lleol. A yw hynny'n bosibl? Yn yr achos hwn efallai mai’r ateb yn llythrennol yw “chwythu yn y gwynt.”

Mae planhigion gwyrdd yn cael yr egni i dyfu o'r haul trwy'r broses ffotosynthesis. Maent yn gwneud; fodd bynnag, mae angen maetholion - mwynau y maent yn eu hamsugno o'r pridd trwy eu gwreiddiau. Nitrogen, Ffosfforws a Photasiwm yw anghenion mwyaf y planhigyn ac mewn amaethyddiaeth neu arddio mae'r rheini'n cael eu cyflenwi fel gwrtaith. Drwy gydol hanes dyn, nitrogen oedd yr elfen a oedd yn cyfyngu fwyaf ar gynhyrchu cnydau, ac wrth i boblogaeth gynyddu ni allai’r ffynonellau nitrogen a oedd ar gael megis tail anifeiliaid domestig neu guano adar gyflenwi’r cyfan yr oedd ei angen. Mae’r her o gael digon o nitrogen ar gyfer planhigion braidd yn eironig oherwydd bod yr atmosffer yn cynnwys 78% o nwy nitrogen; fodd bynnag, mae'n eithaf anadweithiol ac nid yw ar gael i'r rhan fwyaf o bethau byw. Ychydig dros 100 mlynedd yn ôl newidiodd sefyllfa gwrtaith. Lluniodd gwyddonydd Almaeneg o'r enw Fritz Haber gatalydd a system bwysau i ddefnyddio hydrogen a rhywfaint o'r nitrogen yn yr aer a'i droi'n amonia, sef ffurf sydd ar gael i blanhigion. Perffeithiodd peiriannydd arall o'r enw Carl Bosch y broses a'i chynyddu fel ei bod yn bosibl cynhyrchu 1914 tunnell y dydd o nitrogen defnyddiadwy erbyn 20.

Mae'r broses “Haber-Bosch” hon yn cael ei pherfformio'n optimaidd mewn cyfleusterau ar raddfa fawr, pob un yn cynhyrchu tua 1 miliwn tunnell y flwyddyn naill ai o ffynonellau nwy naturiol neu trwy nwyeiddio glo. Mae nwy naturiol yn cynnwys un atom carbon a phedwar atom hydrogen, ond dim ond yr hydrogen sydd ei angen i adweithio â nitrogen yn yr aer i wneud amonia (un atom N gyda thri atom hydrogen). Daw’r carbon yn yr achos hwnnw o ffynhonnell “ffosil” felly mae’n gyfystyr ag “allyriad nwyon tŷ gwydr.” Mae ffordd wahanol o gynhyrchu hydrogen o'r enw electrolysis. Y cyfan sydd ei angen yw rhywfaint o ddŵr (dau atom hydrogen ac un atom ocsigen) a thrydan. Mae'r broses hon yn hollti'r hydrogen ac yn rhyddhau'r ocsigen diniwed. Yn y senario hwn nid oes unrhyw allyriadau carbon. Mae ymchwilwyr cyhoeddus a phreifat wedi bod yn arbrofi gyda phrosesau Haber-Bosch ar raddfa fach i wneud amonia. Mae'r ffocws wedi bod ar ddefnyddio trydan gwynt neu solar. Mae'r cysyniad hwn wedi bod yn y gwaith ers peth amser. Er enghraifft yn 2009 roedd gwaith peilot $3.75 miliwn ar gyfer Canolfan Ymchwil ac Allgymorth Gorllewin Canolog Prifysgol Minnesota yn defnyddio trydan o gyfleuster ynni gwynt lleol i gynhyrchu 25 tunnell o amonia anhydrus y flwyddyn. Disgrifiwyd hyn mewn cyfweliad â Mike Reese, Cyfarwyddwr Ynni Adnewyddadwy yn y cyfleuster hwnnw yn Minnesota a gyhoeddwyd yn y cyfnodolyn masnach amaethyddol Corn + Soybean Digest. Roedd teitl yr erthygl yn briodol: “Gwneud Gwrtaith o Aer Tenau? Gallai defnyddio Pŵer Gwynt Sownd i Wneud Amonia Adnewyddadwy Sefydlogi N Prisiau, Adeiladu Marchnadoedd Ynni Gwynt.”

Felly beth sy'n digwydd 13 mlynedd yn ddiweddarach? Fel gydag unrhyw broses gemegol newydd mae'n cymryd amser i optimeiddio. Mae yna hefyd arbedion maint sy'n ei gwneud hi'n anodd cystadlu â phroses sefydledig ar raddfa ddiwydiannol fel yr un a ddefnyddir ar gyfer cynhyrchu gwrtaith modern. Fodd bynnag, mae'n bosibl bod fersiynau o'r dechnoleg hon yn agosáu at ddichonoldeb masnachol. A"Dadansoddiad Techno-Economaidd” a gyhoeddwyd yn 2020 gan ymchwilwyr yn Texas Tech i’r casgliad y gallai amonia “holl drydanol” gael ei gynhyrchu tua dwywaith cost amonia nwyddau confensiynol. Roedd hynny cyn y codiadau dramatig a welwyd gyda phrisiau gwrtaith ar gyfer tymor tyfu 2022 (gweler Ffermwr Modern: “Mae ffermwyr yn brwydro i ddal i fyny â phrisiau gwrtaith sy'n codi).

Mewn cyfweliad ar gyfer yr erthygl hon dywed Mike Reese o gyfleuster Prifysgol Minnesota fod momentwm yn cynyddu ar gyfer yr ateb hwn. Gyda chostau nwy naturiol yn codi, costau trydan adnewyddadwy yn gostwng ac ymrwymiadau i liniaru newid yn yr hinsawdd yn dod i'r amlwg; bellach mae diddordeb eang yn y math hwn o opsiwn “amonia gwyrdd”. Dywed Reese fod nifer o'r cwmnïau gwrtaith confensiynol ar raddfa fawr yn edrych i mewn i sut y gallent symud i'r cyfeiriad hwn. Mae disgrifiad Reese o’r dechnoleg hon wedi’i bostio ar wefan y ganolfan: “Tanwydd Ynni Cynaliadwy ac Amaethyddiaeth: Rhoi Gwynt mewn Potel.” Mae ymchwilwyr UMN hefyd wedi cyhoeddi adroddiad cysylltiedig dadansoddiad economaidd.

Senario rhesymegol yw datblygu planhigion ar raddfa ganolig yn yr ystod 30 i 200 tunnell y flwyddyn a'u lleoli ledled rhanbarthau amaethyddol lle mae digon o botensial ar gyfer cynhyrchu trydan gwynt a solar. Y ffordd honno byddai ôl troed cludo'r gwrtaith yn fach a byddai'r farchnad yn cael ei hinswleiddio rhag newidiadau mewn prisiau byd-eang. Yn amlwg byddai angen buddsoddiad cyfalaf sylweddol, ond gellid mynd i’r afael â hynny’n rhannol drwy gymorthdaliadau a yrrir gan newid yn yr hinsawdd neu drwy gredydau carbon. Byddai'r newid hwn hefyd yn gadarnhaol i'r sector ynni solar a gwynt oherwydd ei fod yn mynd i'r afael â'u hangen am ddefnydd yn ystod cyfnodau cynhyrchu brig na fydd efallai'n cyd-fynd â galw'r grid. Mae llinell ddiddordeb annibynnol mewn amonia fel ffordd fwy diogel o storio hydrogen i'w ryddhau'n ddiweddarach llawer o wahanol gymwysiadau.

Fel pe na bai’r stori hon yn ddigon cadarnhaol eisoes, mae yna ffordd y gallai cynhyrchiant gwrtaith gael ei “datgarboneiddio ymhellach.” Mae yna blanhigion bioethanol wedi'u gwasgaru ledled llawer o ranbarthau ffermio UDA. Pan fyddant yn eplesu carbohydradau o stociau porthiant fel startsh corn maent yn allyrru CO2, ond mae'n “garbon niwtral” gan ei fod yn dod o ffotosynthesis cnydau diweddar. Fodd bynnag, mae'n bosibl dal y cyflenwad helaeth hwnnw o nwy a'i adweithio ag amonia i gynhyrchu wrea sy'n ffurf haws ei storio a'i ddefnyddio ar wrtaith nitrogen ac un y gellir ei drawsnewid yn fformwleiddiadau cyffredin eraill fel UAN neu belenni rhyddhau araf. . Byddai gwneud y cysylltiad hwn rhwng cynhyrchu amonia ac ethanol yn dod â manteision busnes a logistaidd yn ogystal â'r gostyngiadau ôl troed carbon sy'n gysylltiedig â phob cynnyrch.

I gloi, ymddengys fod trydaneiddio cynhyrchu amonia ar gyfer amaethyddiaeth yn enghraifft wych o'r math o ateb a ragwelir gan “ecomodernwyr” sy'n dadlau mai technoleg yn aml yw'r ateb i heriau amgylcheddol. Yn yr achos hwn mae hynny hefyd yn cyd-fynd â'r angen i amddiffyn ein heconomi fferm rhag ansefydlogrwydd byd-eang.