Безводный аммиак – термин не научный, скорее – технологический и коммерческий, который бытует в современном интенсивном растениеводстве. Так в сельском хозяйстве называют чистый, или технический нитрид водорода, он же аммиак NH3 (виностранных языках распространен вариант названия – аммониак) который применяется в качестве жидкого азотного удобрения.
Свое название аммиак позаимствовал от древнеегипетских почитателей бога Амона – аммониан, которые для «просветления» нюхали испарения природного минерала нашатыря NH4Cl, при нагревании выделявшего газ с резким запахом (NH3). В природе аммиак широко распространен как продукт термического распада мочевины (NH2)2CO, присутствующей в моче животных и человека, а также как один из продуктов разложения органических остатков в грунте.
История применения аммиака в растениеводстве
Химический состав аммиака был определен французским химиком Клодом Луи Бертолле (фр.Claude Louis” Berthollet) в 1785 году. Первая технология получения аммиака, пригодная для применения в промышленности, была внедрена в 1909 году немецким химиком Фрицом Габером (нем. Fritz Haber).
Первоначально аммиак в промышленных масштабах получали из продуктов газификации каменного угля. В современных условиях сырьем для промышленного производства аммиака является природный газ (метан).
Области применения аммиака многообразны. Непосредственно в аграрной отрасли чистый технический аммиак применяется:
- как сырье или промежуточный продукт при производстве твердых (гранулированных, порошковых) минеральных удобрений, таких как карбамид, аммиачная селитра, сульфат аммония;
- в водорастворимом виде гидрата или гидроксида аммиака NH3·H2O (аммиачная вода) в качестве жидкого азотного удобрения с содержанием действующего азота 20 – 25%;
- в виде чистого аммиака безводного сжиженного, высококонцентрированного жидкого азотного удобрения с содержанием действующего азота 82%.
Начало внедрения сжиженного аммиака в качестве азотного удобрения положено к середине 20-го века канадскими фермерами. В результате очередного кризиса на аграрном рынке цены на топливо и семена возросли, а урожайность культур оставалась на прежнем уровне. Это подтолкнуло американских и канадских аграриев к смелым экспериментам, в ходе которых была отработана технология внесения безводного аммиака в грунт, в результате чего были достигнуты значительные прибавки урожайности зерновых и технических культур.
В первых (на сегодня – уже устаревших) технологиях внесения сжиженного аммиака в почву он вносился прямо из приагрегатных буксируемых резервуаров, в которых находился в перегретом состоянии под давлением до 20 – 22 Bar. После прохождения всех трубопроводов и долота культиватора, вскипающий аммиак попадал в грунт уже практически в газообразном состоянии, что ставало причиной больших потерь удобрения непосредственно в поле.
Современные полевые аммиачные комплексы оборудуются бортовыми холодильными установками, которые охлаждают проходящую через них струю аммиака до температуры ниже минус 33 – 35 ℃. В результате чего удобрение попадает в грунт в полностью жидкостном состоянии и моментально закрывается почвой, что делает потери удобрения в поле практически нулевыми.
На сегодня безводный аммиак занимает долю 60 – 65% в структуре рынка азотных удобрений Соединенных Штатов Америки и Канады. В Европе доля применения удобрения аммиака безводного несколько ниже – до 30%, в связи с иной структурой и меньшими размерами европейских фермерских хозяйств (в среднем 20 – 30 га). В нашей стране сжиженный аммиак занимает долю до 10% рынка азотных удобрений, при ее непрерывном годовом приросте в 1 – 1,5%, что подтверждает имеющийся огромный потенциал для дальнейшего роста.
Некоторые физические и химические свойства удобрения безводного аммиака
При нормальных температурных условиях и атмосферном давлении чистый (безводный) аммиак является газом, который конденсируется в жидкость только при температуре минус 33℃. Она же является температурой кипения сжиженного аммиака. Для хранения в сжиженном состоянии при нормальных температурах окружающей среды (от 0 и выше) аммиак закачивается в толстостенные стальные цистерны под давлением 20 – 22 атм.
При внесении в грунт, особенно сухой и плохо разрыхленный, не успевший захватиться грунтовой влагой и частицами грунта сжиженный аммиак быстро газифицируется. При несоблюдении технологии внесения это является основной причиной появления потерь данного удобрения в поле, снижения эффективности его применения, отсутствия роста урожайности.
В жидком состоянии аммиак, подобно воде, диссоциирует на ионы 2NH3 → NH4+ + NH– . При попадании в грунтсжиженного аммиака его ионы мгновенно взаимодействуют с ионами воды с образованием водного раствора (NH3 + H2O =” NH4+ + OH–), а также с разнообразными неорганическими и органическими частицами-коллоидами грунта. Так, время связывания сжиженного аммиака достаточно влажным и рыхлым грунтом составляет всего 0,2 сек, при этом успевший газифицироваться аммиак схватывается почвенными коллоидами уже гораздо хуже.
Внесенный безводный аммиак практически полностью переходит в аммонийную форму действующего азота NH4, которая прочно связывается в приповерхностном слое почвы, и не склонна к вымыванию осадками в более глубокие слои. При этом аммонийный азот имеет тенденцию к горизонтальной миграции в плодородном грунтовом слое, со значительным расширением площади своего распространения. Так, при условно точечном (на самом деле – линейном, ленточном) внесении безводного аммиака в почву уже через 7 дней площадь распространения аммонийного азота составляет около 300 см2, а через 30 дней – около 1200 см2.
Аммиак в чистом виде является ядовитым веществом для любых живых организмов: животных, насекомых, растений, грибов, бактерий. При внесении в почву, до его полного связывания в аммонийной форме азота, наблюдается явление т.н. «выжигания» всей почвенной биоты в области его первоначального распространения.
Вопреки заблуждениям, на самом деле это явление имеет преимущественно позитивное значение для плодородия почвы и урожайности с/х культур. Ведь таким образом в первую очередь уничтожается болезнетворная почвенная микрофлора и насекомые-вредители. Полезная же почвенная микрофлора хоть и выжигается аммиаком в очаге его первоначального распространения (который составляет лишь незначительную часть площади поля), но вскоре она восстанавливается в еще большем количестве. Ведь аммонийный азот является для нее пищей. Его полезные почвенные бактерии перерабатывают в нитраты, которыми питаются растения через свою корневую систему.
Благодаря происходящему в плодородной почве биогеохимическому циклу с участием почвенных бактерий (а также грибков и червей) усиление азотного питания растений внесением аммиака безводного имеет ярко выраженное пролонгированное действие. Так, образуемая солями аммония аммонийная форма азота NH4+ на 2 – 4 день после внесения в грунт уже начинает преобразовываться в нитраты. Для полного перехода аммония сжиженного аммиака в нитратную форму, в зависимости от температуры окружающей среды, может понадобиться от 1-й до шести недель (переход NH4 в NO3 при t=”20°С занимает в среднем 1 неделю, при t=10°С – 2″ недели, при t=”8°С – 4 недели, при t=5°С – 6 недель.
Но на этом пролонгированное действие безводного аммиака на азотное питание растений не заканчивается. Согласно исследованиям, в первый год после внесения удобрения растениями усваивается только до 70% действующего азота из его состава, до 20% азота усваивается на второй год после его внесения, и до 10% азота – на третий год после внесения.
При внесении сжиженного аммиака в грунт в нем сразу же начинается «конкурентное соревнование» между грунтовой водой и частицами грунта за связывание ионов удобрения:
- Наилучшим образом связывает безводный аммиак в меру увлажненный, рыхлый грунт с выровненной поверхностью, что и определяет необходимость выбора оптимального времени его внесения (в осенний или ранневесенний периоды при достаточном наличии грунтовой влаги), а также весьма высокие требования к качеству обработки (рыхлению, выравниванию) грунта.
- В переувлажненном грунте, чаще всего в период т.н. осеннего или ранневесеннего «болота» в поле, резко сокращается площадь контакта сжиженного аммиака с грунтовыми частицами. Это приводит к увеличению потерь удобренияв результате его газификации, не спасает даже обилие грунтовой влаги. Также в размокшем поле стают неприемлемыми условия для работы техники, в первую очередь аммиачных культиваторов.
- Внесение аммиака безводного в сухой грунт, что вынужденно бывает в некоторые засушливые периоды, не обязательно приводит к его потерям. Если сухая почва хорошо взрыхлена и выровнена, а удобрение вносится на несколько увеличенную технологическую глубину 20 – 25 см, то оно связывается преимущественно почвенными коллоидными частицами, и уже в меньшей степени – остаточной грунтовой влагой. В такой способ также можно добиться минимальных потерь удобрения. При этом аммиак, внесенный даже в сухую почву, все равно хорошо «работает» на увеличение урожая, в отличие от гранулированных минеральных удобрений, которые при недостатке грунтовой влаги малоэффективны.
- Неудовлетворительные условия для контакта безводного аммиака с почвенными частицами создаются в переуплотненном, плохо разрыхленном или каменистом грунте, что создает предпосылки для увеличения его потерь. Также значительные потери удобрения наблюдаются на недостаточно выровненном поле, когда долота аммиачного культиватора буквально «выпрыгивают» из почвы, или при несоблюдении минимальной технологической глубины его внесения.
Технико-экономические показатели применения безводного аммиака
Аммиак безводный NH3 – это наиболее концентрированное из присутствующих на рынке азотных удобрений с содержанием 82% действующего вещества азота. Тогда как иные популярные у аграриев разновидности минеральных удобрений содержат его двух – трех, а то и четырёхкратно меньше (аммиачная вода 20 – 25%, КАС 28 – 32%, аммиачная селитра 35%, мочевина 46%). По своему действию на посевы культурных растений (при эквивалентных нормах) безводный аммиак близок к аммиачной воде, КАС, превосходит гранулированные азотные удобрения – аммиачную, натриевую селитру, сульфат аммония, карбамид. Но по стоимости единицы усваиваемого азота его внесение обходится хозяйству на 25 – 30% дешевле, чем внесение эквивалентной дозы гранулированных удобрений. Что при значительных площадях внесения аммиака безводного выливается в очень существенный экономический эффект для хозяйства.
Причиной дешевизны сжиженного аммиака является то, что он является сырьем для изготовления всех других видов азотных удобрений, того же карбамида, аммиачной селитры, сульфата аммония, аммиачной воды. А значит, в его себестоимости отсутствует стоимость тех ресурсо- и энергозатратных технологических циклов, которые присутствуют при производстве других видов азотных удобрений.
Но в то же время, логистика безводного аммиака имеет особенности, которые существенно удорожают его применение:
- Для хранения, транспортировки, перегрузки и внесения этого типа удобрения требуются специальные цистерны, насосное оборудование, трубопроводные системы, полевые агрегаты, которые работают в условиях высокого рабочего давления (до 20 – 22 атм.), необходимого для поддержания аммиака в сжиженном состоянии. Все операции по хранению, транспортировке и перегрузке сжиженного аммиака должны проводиться в особых условиях, с применением только герметичных емкостей и трубопроводных соединений, с перегрузкой из емкости в емкость «по кругу» передавливанием давлением, с соблюдением строгих требований безопасности работ и т.д.).
- Чистый технический аммиак является опасным веществом IV класса опасности. При организации работы с аммиаком необходимы: соответствующее обучение и экипировка персонала, сертификация техники и оборудования, получение всех сопутствующих разрешений и допусков, своевременная подача в компетентные органы заявок на перевозку опасных грузов. Все эти требования существенно усложняют логистику применения безводного аммиака, повышают требования к квалификации руководства процессами.
- Наиболее сложной является логистика «последнего километра» от загрузки автоцистерны (на заводском терминале, трубопроводном пункте выдачи, ж/д станции), до внесения удобрения в поле, когда, кроме прочего, нужна высокая оперативность в проведении всех видов работ. Загрузиться сжиженным аммиаком в Украине можно непосредственно на предприятиях – производителях (Одесский припортовый завод ОПЗ, Северодонецкий Азот, ЧеркассыАзот, РивнеАзот, ДнипроАзот), на ближайшем пункте выдачи магистрального аммиакопровода, что проложен по территории Луганской, Харьковской, Днепропетровской, Запорожской, Николаевской, Херсонской и Одесской областей, а также с железнодорожного вагона-цистерны на специально оборудованном терминале товарной ж/д станции. В большинстве случаев плечо подвоза сжиженного аммиака автоцистернами будет немалым, что накладывает определенные сложности при организации доставки опасного груза.
Специальные емкости для хранения, техника для перевозки, перекачки и внесения сжиженного аммиака стоят немалых денег. Постоянных материально-технических и финансовых затрат требуют их эксплуатация, подготовка и содержание обученного персонала, а также взаимодействие с компетентными органами по сертификации всех видов работ с опасным веществом (грузом). Потому далеко не все средние, и даже крупные агрохозяйства могут себе позволить организовать внесение удобрения безводного аммиака своими силами.
В связи с определенной сложностью и затратностью логистики, на рынке минеральных удобрений появились и получили развитие специализированные компании (агрохимы), которые берут на себя все технические и логистические вопросы по организации внесения аммиака безводного сжиженного на полях заказчика, в том числе ответственность за безопасность и экологичность проведения работ. Наличие такого вида услуг от специализированных компаний для аграриев оказывается очень удобным, и часто – финансово выгодным. Им остается лишь все тщательно подсчитать, взвесить все за и против, заказать услугу по внесению безводного аммиака у сторонней специализированной компании, проконтролировать своевременность и качество проведения работ, оплатить оказанную услугу, и получить ожидаемый результат в виде прибавки урожая.
Достаточно сложная, трудоемкая технология его хранения, транспортировки и внесения несколько повышает итоговую себестоимость применения сжиженного аммиака, частично нивелируя выгоды от низкой цены его закупки. Но, основываясь на реальном опыте зарубежных и отечественных аграриев, даже с учетом всех сопутствующих трат, и с прицелом на ожидаемое увеличение урожая, применение безводного аммиака остается экономически выгодным.
Исходя из практики, экономическая выгода от применения аммиака безводного наиболее очевидна в первую очередь для крупных аграрных хозяйств. В то же время, при современном состоянии логистики доставки сжиженного аммиака, его экономическая обоснованность для средних, и особенно мелких хозяйств с посевными площадями в несколько десятков гектар – остается сомнительной.
Особенности технологии и нормы внесения
Аммиак безводный сжиженный целесообразно вносить как основное удобрение под осеннюю пахоту, или под предпосевную культивацию. При оптимальной влажности почвы аммиак безводный закладывается на оптимальную технологическую глубину 15 – 18 сантиметров, что создает наилучшие условия для сохранности удобрения и азотной подкормки корневой системы растений. В условиях недостаточной влажности, в хорошо разрыхленную и выравненную сухую почву безводный аммиак следует вносить на увеличенную глубину 20 – 25 см.
Практикуется применение безводного аммиака и в качестве корневой подкормки вегетирующих растений. Но, во избежание получения ожогов корневой системы, междурядья культуры должны быть достаточно широкими (не менее 30 см), удобрение должно вноситься минимально возможными дозами, с обеспечением высокой точности прохождения аммиачных агрегатов по центру междурядий. Ограниченные возможности современной техники, с помощью которой невозможно качественно (равномерно) вносить данное удобрениев дозах ниже 50 кг/га, существенно ограничивает применение данного типа азотного удобрения для проведения корневых подкормок вегетирующих растений.
Исходя из высокой эффективности безводного аммиака, его применение наиболее целесообразно прежде всего на культурах с высоким выносом азота: кукурузе, подсолнухе, сахарной свекле, пшенице, ячмене, рапсе, сое, бахчевых. Рекомендованные нормы внесения сжиженного аммиака:
- для сахарной свеклы 150 – 220 кг/га;
- для кукурузы 100 – 200 кг/га;
- для пшеницы, ячменя 50 – 150 кг/га;
- для подсолнечника, рапса 50 – 120 кг/га;
- для бахчевых, овощей 50 – 80 кг/га.
1 кг чистого аммиака содержит 0,82 кг действующего вещества азота. В свою очередь сжиженный аммиак перевозится и вносится из транспортных емкостей, которые измеряются в объемных единицах (л, м3). Объёмные величины аммиака безводного сжиженного переводятся в килограммы в зависимости от температуры согласно таблице:
Температура окружающей среды (аммиака) | Плотность сжиженного аммиака | В 1 кг аммиака литров |
-2°С | 642 кг/м3 | 1,55л |
0°С | 639 кг/м3 | 1,56л |
2°С | 636 кг/м3 | 1,57л |
4°С | 634 кг/м3 | 1,57л |
6°С | 631 кг/м3 | 1,58л |
8°С | 628 кг/м3 | 1,59л |
10°С | 625 кг/м3 | 1,60л |
12°С | 622 кг/м3 | 1,61л |
14°С | 620 кг/м3 | 1,61л |
16°С | 617 кг/м3 | 1,62л |
18°С | 614 кг/м3 | 1,63л |
20°С | 611 кг/м3 | 1,63л |
22°С | 608 кг/м3 | 1,64л |
24°С | 605 | 1,65л |
26°С | 602 | 1,66л |
Специальные технические комплексы для внесения удобрения безводного аммиака состоят из:
тяговой машины – универсально-пропашного трактора или общего назначения;
переоборудованного аммиачного культиватора с дозировочной системой, распределительными коллекторами и трубопроводами, рабочими органами которого являются специальные трубки – долота;
буксируемой приагрегатной цистерны для расходуемого сжиженного аммиака;
Для работы в составе аммиачного комплекса назначается (допускается) только специально обученного и экипированного обслуживающего персонала.
Основы техники безопасности при обращении с аммиаком безводным
Технический сжиженный аммиак является опасным веществом 4-го класса (малоопасные вещества). При попадании аммиачной жидкости на открытые участки кожи она вызывает ее ожоги, особенно опасна при попадании в глаза. Аммиачные пары токсичны, могут вызывать удушье и поражения дыхательных путей, при тяжелых отравлениях аммиаком возможен летальный исход. Пары аммиака – горючий (пожароопасный) газ, который в закрытых помещениях при определенных пропорциях с воздухом (в пределах 15 – 28%) – взрывоопасен.
Порядок хранения, погрузки и транспортировки сжиженного аммиака железнодорожным и автомобильным транспортом определяется соответствующими государственными (отраслевыми) правилами и инструкциями по обращению с опасными веществами (грузами). Персонал, работающий в поле с безводным аммиаком, должен быть обучен правилами обращения с данным веществом, соответствующим образом экипирован (противогаз или респиратор с очками, защитная одежда, перчатки), должен иметь навыки в оказании первой медицинской помощи при отравлении или поражении аммиаком.
Плюсы и минусы безводного аммиака
Специалисты разнятся в выводах относительно преимуществ применения удобрения безводного аммиака. Некоторые из них главной выгодой называют дешевизну в расчете на единицу действующего азота. Им оппонируют тем, что суммарно с учетом всех сопутствующих затрат на сложную логистику, себестоимость внесения данного удобрения в принципе сравнима с затратами на внесение гранулированных удобрений, той же аммиачной селитры или сульфата аммония. Но и те, и другие не берут под сомнение реальное увеличение урожайности, доказанное временем и опытом.
По опыту отечественных аграриев, при правильном и грамотном применении безводного аммиака прибавка в урожайности на пшенице, ячмене и кукурузе в среднем составляет от 3 до 8 ц/га, на сахарной свекле – до 300 ц/га. Но и это еще не предел. Применяя аммиак безводный на высоком агротехническом фоне, аграрии в Европе получают урожаи пшеницы до 120 ц/га, в США и Канаде собирают по 200 ц/га кукурузы.
Кроме выгодной дешевизны и повышения урожайности, к другим важным «плюсам» безводного аммиака следует отнести:
- стойкость к вымыванию из почвы осадками, выгодно отличаясь этим на фоне сравнительно легко вымываемых гранулированных азотных удобрений;
- безводный аммиак «срабатывает» на увеличение урожайности даже при дефиците грунтовой влаги, когда применение гранулированных удобрений признается заведомо неэффективным;
- защищённость от разворовывания на месте применения в поле, поскольку из-за своей токсичности и по физико-химическим свойствам сжиженный аммиак требует особых (герметичных) условий хранения и транспортировки.
В качестве недостатков удобрения безводного аммиака следует рассматривать:
- сложность технологии и логистики внесения, недостаточную технико-экономическую обоснованность применения для небольших фермерских хозяйств;
- узкий временной интервал по срокам внесения (преимущественно позднеосенний или ранневесенний периоды), ограниченность применения по посевам в качестве корневых подкормок вегетирующей культуры.
Наша компания Проммаш предоставляет профессиональную и комплексную услугу по внесению удобрения аммиака безводного на посевных площадях заказчика. Нашему заказчику нет необходимости заниматься всеми сопутствующими сложностями, которые сопровождают непростую технологию внесения этого высокоэффективного азотного удобрения. Мы имеем всю необходимую современную технику, обученный персонал, знания и умения организовать логистику доставки и безопасность обращения с опасным материалом. Обеспечиваем максимально качественное внесения удобрения на полях заказчика в точно оговоренные сроки.
Нашему заказчику достаточно все хорошо просчитать, принять решение, заказать внесения безводного аммиака в компании Проммаш, и получить практически гарантированную прибавку к своему урожаю. Мы в свою очередь берем все хлопоты, сложности и риски на себя, гарантируем качество и своевременность выполнения работ, грамотное применение технологии внесения удобрения с учетом особенностей земель заказчика и погодного сезона.