Les scientifiques de l'Université Cornell Rachel Hestrin et Johannes Lehmann, avec des collaborateurs du Canada et de l'Australie, ont montré que le charbon de bois peut éponger de grandes quantités d'azote du polluant de l'air, l'ammoniac, résultant en un engrais à libération lente potentiel avec plus d'azote que la plupart des fumiers animaux ou d'autres amendements naturels du sol. Les résultats ont été publiés vendredi dans Communication Nature .

L'ammoniac est un composant courant des engrais agricoles et fournit une forme biodisponible de l'azote nutritif essentiel aux plantes. Cependant, l'ammoniac est également un gaz hautement réactif qui peut se combiner avec d'autres polluants atmosphériques pour créer des particules qui pénètrent profondément dans les poumons, conduisant à une multitude de problèmes respiratoires. Il contribue également indirectement au changement climatique lorsque les apports excessifs d'engrais dans le sol sont convertis en oxyde nitreux, un puissant gaz à effet de serre.

Au Canada, les émissions d'ammoniac ont augmenté de 22 % depuis 1990, et 90 pour cent sont produits par l'agriculture, notamment des fumiers, lisiers et applications d'engrais. Atténuer ce polluant - sans limiter les engrais et la croissance alimentaire pour notre population mondiale croissante - est la clé d'un avenir durable.

Charbon, également appelée matière organique dérivée du feu ou biochar, est à la fois un matériau naturel présent dans l'environnement et un amendement agricole. Des recherches récentes sur les avantages agricoles potentiels du charbon de bois ont suscité un intérêt pour ses propriétés chimiques et sa capacité à retenir et à fournir des nutriments essentiels aux plantes.

Les chercheurs ont utilisé la Canadian Light Source de l'Université de la Saskatchewan pour examiner comment le gaz ammoniac interagit avec le charbon de bois dans des conditions naturelles. Selon Lehmann, « Les stations terminales uniques de CLS sont idéales pour ce type de spectroscopie de rayons X à l'azote. »

L'étude de Hestrin et Lehmann identifie la capacité du charbon de bois à capturer l'azote de l'ammoniac en suspension dans l'air par la formation de liaisons covalentes, qui pourrait fournir un engrais à libération lente à long terme pour la production de cultures en plein champ et en serre. Des études antérieures ont montré que ces réactions se produisaient entre l'ammoniac et les matériaux en carbone artificiel à haute température, mais il n'y avait aucune preuve des conditions de température et de pression ambiantes.

Hestrin dit que l'utilisation des capacités de la ligne de lumière de la source lumineuse canadienne était essentielle à cette découverte révolutionnaire et en a fait un projet beaucoup plus important que prévu à l'origine.

"La ligne de lumière CLS a fourni la meilleure méthode pour étudier comment le charbon de bois peut retenir l'azote de l'ammoniac. Découvrir que l'azote était retenu par une variété de liaisons covalentes a vraiment changé la donne dans notre recherche. Cela implique que l'azote capturé dans le compost ou le fumier pourrait être moins sensible à la perte par lessivage ou volatilisation que nous ne le pensions auparavant. »

L'azote joue un rôle important dans le changement climatique, et il est présent sous de nombreuses formes, certains essentiels pour les organismes vivants, et d'autres qui sont des gaz toxiques ou nocifs. Fournir suffisamment d'azote aux cultures tout en réduisant le lessivage d'azote dans les eaux souterraines ou les émissions gazeuses dans l'atmosphère a des conséquences environnementales importantes.

Actuellement, jusqu'à 50 pour cent de l'azote qui entre dans une installation de compostage peut être perdu sous forme d'ammoniac. Le capter directement à la source pourrait réduire considérablement la pollution et la perte d'un précieux élément nutritif pour les plantes.

Des recherches plus poussées sur cette découverte révolutionnaire indiquent que l'impact environnemental de la capture de l'azote du charbon de bois à partir du gaz ammoniac pourrait jouer un rôle important dans les cycles mondiaux du carbone et de l'azote. En plus de son potentiel d'amélioration de la gestion des éléments nutritifs agricoles, les influences du charbon de bois dans les sols, l'air et l'eau sur le stockage et la disponibilité de l'azote dans les écosystèmes naturels devraient également être pris en compte.