Den vanskelige lystgassen
Etter flere årtier står forskerne endelig foran en løsning på lystgassgåten.
(Foto: Shutterstock)
Innen 2020 skal de norske utslippene av klimagasser reduseres med 15-17 millioner tonn. Det er målet til det regjeringsoppnevnte utvalget Klimakur 2020.
Lystgass, som er en binding av nitrogen og oksygen, er en kraftig klimagass. En kilo lystgass i atmosfæren bidrar like mye til global oppvarming som 300 kilo karbondioksid.
Landbruket er under stadig sterkere press for å produsere nok mat til en økende befolkning. Bruk av mineralgjødsel er helt avgjørende for å mette flere munner. Men intensiv bruk av mineralgjødsel, fører også til at det dannes lystgass.
Norsk landbruk står i dag for omlag halvparten av de nasjonale lystgassutslippene Landbruket må ta sin del av ansvaret for å redusere disse utslippene. Samfunnet krever at landbrukets utslipp må reduseres. Løsningen er tiltak som sørger for maksimal utnyttelse av den gjødselen som spres, i tillegg til tiltak som reduserer mengden lystgass per kilo gjødsel. Flere årtier med praktiske studier av lystgassutslipp har imidlertid ikke brakt oss nærmere en slik løsning.
BIONÆR-programmet i Norges forskningsråd er på offensiven i sin støtte til prosjekter som har som mål å redusere mengden lystgass fra landbruket.
– Når det gjelder klimagassutslipp er det hevet over enhver tvil at det er behov for å redusere disse. Lystgass er en versting innen landbruket, derfor har det vært viktig å satse på nasjonal kunnskapsbygging på dette temaet, sier seniorrådgiver Kirsti Anker-Nilssen i Forskningsrådet.
Støtte fra Forskningsrådet
Tre lystgassprosjekter som ledes av tre forskere ved Universitetet for miljø- og biovitenskap drives med midler fra BIONÆR-programmet og midler fra Yara International.
Ved å satse på grunnleggende studier av de organismene som faktisk lager lystgassen i jorda, har forskerne gjort funn som de tror kan være et gjennombrudd.
– På tross av storstilte studier de siste 30 årene har man ikke oppdaget et eneste tiltak som kan redusere lystgassutslippene fra jordbruket bortsett fra å redusere gjødslingsintensiteten. Ved mer grunnleggende studier av biologien til de mikroorganismene som lager lystgass er vi på sporet av en løsning, forteller professor Lars Bakken ved UMB.
Sammen med Peter Dörsch og Åsa Frostegård leder han UMB Nitrogen Group som har spesialisert seg på studier av de mikrobielle prosessene som forårsaker utslipp.
– Forskningen spenner fra molekylære biologiske studier av hvordan bakteriene regulerer sitt stoffskifte, til bakterienes økologi og aktivitet i naturen. Feltforsøk er integrert i forskningsarbeidet, forteller Frostegård.
Sterk posisjon internasjonalt
Den lille gruppen har allerede vokst seg stor på renommé. Gjennom tverrfaglig samarbeid og utvikling av ny metodikk har gruppen fått en sterk posisjon internasjonalt.
– Det er liten tvil om at nitrogen fra landbruket er en viktig kilde til lystgass i atmosfæren. Men den statistiske sammenhengen mellom gjødselmengde og utslipp av lystgass er meget svak, fordi utslippene reguleres av svært sammensatte prosesser, forteller Dörsch.
Ifølge Frostegård ligger utfordringen i å finne metoder som systematisk endrer disse prosessenes ”karakter”, nærmere bestemt sammensetningen av deres avgasser, som består av nitrogenoksid, lystgass og nitrogen.
Kompleks prosess, enkel løsning?
Her har gruppen gjort interessante funn. Det viser seg at surhetsgraden (pH) i jorda har en gjennomgripende effekt på lystgassutslippene ved å endre forholdet mellom de tre avgassene nitrogenoksid, lystgass og nitrogen.
Peter Dörsch (t.v.), Lars Bakken og Åsa Frostegård leder UMB Nitrogen Group som nå er på sporet av en løsning av lystgassgåten. (Foto: Ingunn Haraldsen)
De har langt på vei klarlagt denne virkningsmekanismen. Det dreier seg om bakteriers evne til å produsere et nøkkelenzym som heter N2O-reduktase, som omdanner lystgass til harmløst nitrogenoksid.
De første indikasjonene på at pH kan være viktig, ble faktisk publisert for mer enn 25 år siden.
– Fenomenet har likevel vært neglisjert, sannsynligvis fordi man ikke har forstått hvor gjennomgripende pH-effekten er. Vi tørker med andre ord støvet av gamle monumenter, og lanserer et frapperende enkelttiltak for å redusere lystgassutslipp fra norsk landbruk: Hev pH! sier Bakken.
Ifølge forskeren må man ikke nødvendigvis bruke kalk. Det kan finnes bedre metoder.
Må bevises i felt
– Ethvert mulig tiltak for å redusere utslipp av lystgass er å betrakte som en arbeidshypotese, understreker Dörsch.
Det må derfor testes grundig i omfattende feltforsøk før man kan gå ut med konkrete råd til næringen. UMB Nitrogen Group har i samarbeid med Bioforsk etablert en rekke feltforsøk over hele landet, blant annet på Ås, Fjaler, Tingvoll, Tjøtta og Smøla. Her ser forskerne på effekten av ulike gjødselmengder, jorddrenering og ulike pH-verdier i jorda.
Flere funn i vente, bedre grunnlag for beslutninger
Forskerne i UMB Nitrogen Group har gjort omfattende studier på molekyl- og cellenivå for å avdekke sammenhenger mellom bakterienes gener og hvordan bakteriene faktisk ”oppfører” seg.
– Vi studerer prosessene fra molekylært nivå, via cellen til intakt jord. Dette øker sjansen for å oppdage fenomener av betydning for lystgassutslippet i stor skala. Det er krevende å arbeide over hele skalaen, men det er nødvendig og gir grunn til å ta oss på alvor. Tillit til en medisin er både avhengig av at den virker og at vi vet hvordan den virker, sier Frostegård.
UMB Nitrogen Group foran det robotiserte inkubasjonssystemet. Foran fra venstre: Lars Bakken, Åsa Frostegård, Guro Heen (mastegradsstudent), Daniel Mania (dr gradstudent), Binbin Liu (post doc), Zhi Qu (dr gradsstudent) Peter Dörsch og Lars Molstad (overingeniør) (Foto: Ingunn Haraldsen)
Robotisering er tingen
Forskergruppen har utviklet et robotisert inkubasjonssystem som i følge Bakken er blitt en arbeidshest i deres egen forskning. Med denne maskinen kan de måle de faktorene som inngår når lystgass dannes.
Ved UMB har de nå fire slike roboter, og tilsvarende system er bygget opp ved tre forskningsinstitusjoner i Kina, med UMB’s assistanse.
Ved påsketider vil de ha utviklet en feltrobot som kan identifisere områder i en åker hvor utslippene av lystgass er høye, og dermed gjøre det mulig med mer målrettede tiltak, såkalt presisjonsjordbruk.
Her samarbeider forskerne med Adigo AS, et norsk ingeniørfirma som har spesialisert seg på informasjonsteknologi i landbrukssammenheng. Ifølge Bakken er dette samarbeidet uvurderlig.
– Vi har tidligere utviklet ugrasroboter i samarbeid med Bioforsk. Det var derfor naturlig å ta i bruk samme teknologi for å lage en robot som kartlegger lystgassutslipp. Feltroboten kan man sette fra seg ute på åkeren, og i løpet av timer eller døgn vil den kartlegge og gi eksakte målinger, forteller teknisk sjef Øyvind Overskeid i Adigo AS.
I neste nyhetssak kan du lese mer om hvordan Nitrogengruppen jobber internasjonalt med lystgass-problemet.
| Fakta |
|
Innen 2020 skal de norske utslippene av klimagasser reduseres med 15-17 millioner tonn CO2-ekvivalenter. Lystgass er en kraftig klimagass, 1 kg lystgass (N2O) i atmosfæren bidrar like mye til global oppvarming som 300 kg karbondioksid (CO2). Norsk landbruk står i dag for snaut 10% av de nasjonale klimagassutslippene, og for omlag halvparten av lystgassutslippene. Mineralgjødsel lages blant annet ved å hente nitrogen fra lufta. Intensiv bruk av mineralgjødsel fører til at det dannes lystgass. Også bruk av organisk gjødsel bidrar til lystgassutslipp. Lars Bakken,Peter Dörsch og Åsa Frostegård leder UMB Nitrogen Group som nå er på sporet av en løsning av lystgassgåten. Forskningsprosjektene er støttet med midler fra BIONÆR-programmet og Yara International. |
- Publisert:
- 01.02.2012
- Sist oppdatert:
- 13.02.2012
Kommentarer
Alle våre funn tyder på at bakteriene har vanskelig for å redusere N2O til N2 når pH er lav (sur jord); ikke fordi enymet ikke virker ved lav pH (det har vi testet), men fordi de ikke klarer å "lage" enzymet under slike forhold. Vi vet at de prøver fordi vi ser at de "leser" det genet som koder for enzymet, dvs at de produserer et replikat av genet, som er første steget i å lage et enzym (protein). Vi arbeider nå med å klarlegge nærmere hvorfor de mislykkes ved lav pH (for de enda mer spesielt interesserte ror vi det har å gjøre med å sette inn ett eller flere av kobber-atomene som inngår i et funskjonelt enzym som reduserer N2O.
Hvorfor er dette så fascinerende?
- Først og fremst fordi det kanskje kan "brukes" til å redusere N2O utslipp, og vi vil vite ikke bare at det virker men hvordan det virker. Dette er jo to forholdsvis grunnleggende kriterier for en god medisin (at de virker og at vi vet hvorfor/hvordan).
- men også fordi fenomenene har et stort forklaringspotenial mht N2O emisjon fra en rekke økosystem under ulike forhold (våtmarker versus drenert jord).
- videre har det initiert en undersøkelse av et annet forhold: i hvilken grad hjelper N2O- reduktase bakteriene til å overleve i naturen? Dette er jo særdeles viktig; om enzymet ikke er nyttig for overleving vil organismene kvitte seg med det før eller senere. Foreløpige analyser av sur jord på vestlandet tyder på at de allerede har gjort dette. Ikke ved å fjerne genet, men ved å gjøre det "taust", dvs å slutte å lese det. I sur jord "bør" de nettopp gjøre det fordi genet uansett ikke resulterer i et funskjonelt enzym! Om man kalker en slik jord er ikke resultatet nødvendigvis at N2O emisjonen reduseres umiddelbart. Det kan ta lit tid for organismene å "oppdage" at forholdene er slik at de faktisk bør aktivere sitt tause gen for N2O reduktase.
vennlig hilsen Lars Bakken