Kunstmest

Dat de bodemvruchtbaarheid kon worden verbeterd door het opbrengen van dierlijke mest en ander organisch afval is al duizenden jaren bekend. Sedert eeuwen werd het drieslagstelsel gehanteerd om de bodemvruchtbaarheid in stand te houden en om plantenziekten te bestrijden. Dit was echter ingewikkeld en inefficiënt. Omstreeks 1800 kwam aan deze methode een einde. In pleistocene gebieden werd, vanaf de Middeleeuwen, ook de potstalmethode benut. Hierbij was een relatief grote oppervlakte aan gemeenschappelijke grond vereist om schapenmest te produceren die dan, vermengd met heideplaggen, op de akkers kon worden gestort, waarbij bolle akkers ontstonden. Er was aldus min of meer sprake van een kringloop, waarbij echter grote oppervlakten niet rechtstreeks voor de voedselproductie benut konden worden, wat een beperking oplegde aan het aantal mensen dat aldus gevoed kon worden.

Omstreeks 1850 werd de techniek van vloeiweiden ingevoerd. Aangevoerd voedselrijk water werd hierbij over voorheen onvruchtbare bodem geleid, die daardoor als hooiland in gebruik kon worden genomen. Dit hooi werd gebruikt als voer voor paarden en runderen. De mest daarvan werd gebruikt om het areaal aan ontgonnen grond ten behoeve van de voedselproductie uit te breiden. Dit systeem kon echter enkel worden gebruikt als voedselrijk water kon worden aangevoerd. Daarnaast was het zeer arbeidsintensief: de bewateringssloten moesten regelmatig worden schoongemaakt en uitgediept. Los daarvan bleef de beperking van de hoeveelheid beschikbare mest, zij het op een iets hoger niveau, bestaan.

In de praktijk van de landbouw was al wel naar mogelijkheden gezocht om de bodemvruchtbaarheid verder te verbeteren en er werd reeds met bepaalde voedingszouten geëxperimenteerd. Daarnaast kwam, vanaf omstreeks 1500, de bekendheid met guano uit Zuid-Amerika. Pas omstreeks 1800 bepleitte Alexander von Humboldt de grootschalige toepassing daarvan in de landbouw. Het was Bernard Palissy (1510-1589) die de toepassing van mergel als meststof aanbeval. Karel I van Engeland liet in 1630 proefnemingen met salpeteroplossing uitvoeren. Aangezien salpeter in die tijd schaars was en vooral voor de buskruitfabricage werd aangewend, had ook dit vooralsnog geen praktisch nut.

Albrecht Daniel Thaer (1752-1828) was één der eersten die het bodemvruchtbaarheidsprobleem op meer wetenschappelijke wijze aanpakte. Hij ontwikkelde de humus-theorie. Thaer was van mening dat deze humus, toegediend door landbouwafval, mest, beer en dergelijke, alle noodzakelijke voedingsstoffen voor planten bevatte. Het probleem lag echter in de beschikbaarheid en de aanvoer ervan.

De Duitser Justus von Liebig (1803-1873) wordt beschouwd als de uitvinder en eerste gebruiker van kunstmest. Von Liebig onderzocht nauwkeurig welke elementen planten nodig hadden om te groeien. Daarna startte hij een proef met kunstmestgiften. Liebig onderscheidde drie essentiële voedingsstoffen: stikstof (N), fosfaat (P₂O₅) en kali (K₂O). Deze moesten toegediend worden in een verhouding van (ongeveer) 1 : 0,35 : 1,4. Uiteraard verschilde dit per grondsoort en plantensoort. Naast deze essentiële voedingsstoffen erkende Liebig ook het belang van secundaire voedingsstoffen, zoals calcium, en sporenelementen, als magnesium, borium, koper en dergelijke.

Zijn reputatie als eerste en meest prominente criticus van kunstmestgebruik is echter veel minder bekend. Maar net zoals Albert Einstein kritiek had op de toepassing van zijn werk in vernietigingswapens, was ook Justus von Liebig later een bestrijder van het gebruik van zijn eigen ontdekking. Het overmatig strooien met kunstmest zag hij als een gevaar voor een gezond bodemleven en een verantwoord agrarisch product.

Als basis voor de eerste kunstmestsoorten dienden onder andere natuurlijke afzettingen van dierenuitwerpselen: Guano (bevat chilisalpeter) van zeevogels, afgezet op eilandjes waar duizenden jaren lang zeevogels hadden gebroed en waar het door vrijwel ontbrekende regenval ook niet wegspoelde en stikstofrijke vleermuizenuitwerpselen (bat guano) die zich, ook weer in de loop van duizenden jaren in dikke lagen in grotten ophoopt waar enorme vleermuispopulaties in wonen. (6%N + 8% P₂O₅) uit Peru of Argentinië. Deze natuurlijke voorraden waren al snel uitgeput.

Zowel dierlijke mest als kunstmest hebben tot doel de bodem aan te vullen met stoffen die voor de optimale groei van een gewas nodig zijn. Onderscheid kan gemaakt worden in hoofd- en sporenelementen. Van de hoofdelementen wordt tijdens de groei veel opgenomen. Sporenelementen worden maar in kleine hoeveelheden opgenomen, maar behoren wel tot de belangrijke voedingsstoffen. Al deze 12 elementen zijn voor een goede plantengroei noodzakelijk, zonder één van deze elementen zal een plant gebreken gaan vertonen.

In 1910 lukte het Fritz Haber als eerste om stikstof uit de lucht om te zetten in ammoniak via het zogenaamde Haber-Boschproces. Dit proces kost veel energie in de vorm van aardgas. Ammoniak vormt de basis van de moderne stikstofmeststoffen. Het Canadese PotashCorp (Engels: Potassium = kalium) is nu veruit de grootste kunstmestproducent ter wereld. Het bedrijf heeft marktposities in de drie belangrijkste ingrediënten voor kunstmest (kalium, fosfaat en stikstof).

Kunstmeststoffen kunnen bestaan uit enkelvoudige meststoffen of een mengsel van elementen, de meervoudige meststoffen. Daarnaast kunnen ze in vaste of vloeibare vorm voorkomen. Een complete samengestelde meststof zou alle 12 elementen moeten bevatten voor een goede plantengroei.

Tegenwoordig zijn er zeer veel langzaamwerkende of gecontroleerd vrijkomende meststoffen die minimaal uitspoelen en continu een klein beetje voeding aan de plant afgeven. Naast alle zouten is er ook nog een organisch gebonden stikstofvorm die chemisch gewonnen wordt ureum deze wordt o.a. gebruikt als bladbemesting in de fruitteelt. In de groenteteelt onder glas wordt zeer veel op water geteeld, waarin alle benodigde meststoffen worden opgelost.

Omdat sommige meststoffen reacties met elkaar kunnen aangaan en dan niet oplosbare producten geven, wordt hier gebruikgemaakt van een zogenaamde A-bak en een B-bak of van een geautomatiseerde opstelling, vanwaaruit per element vloeibare oplossingen kunstmest gegeven wordt.

In de biologische landbouw wordt geen kunstmest gebruikt, maar geeft men de voorkeur aan het gebruik van organische meststoffen, bijvoorbeeld compost, dierlijke mest of groenbemesting. Men vermijdt kortwerkende voedingsstoffen zoals kunstmest. Dit zou leiden tot compactere planten met een sterker wortelstelsel en meer weerstand tegen ziektes. Dit wordt verklaard uit de kortstondige voedingspiek bij gebruik van kunstmest; tijdens deze piek groeit een plant snel, maar worden langere cellen gevormd, die minder sterk zijn en dus ook gemakkelijker ten prooi kunnen vallen aan belagers. Een tweede (theoretische) reden waarom biologische landbouw kunstmest vermijdt is om uitspoeling met bijhorende eutrofiëring te voorkomen. Een uitgebreide meta-analyse uit 2017 toonde echter aan dat biologische landbouw in de praktijk slechter i.p.v. beter scoort qua uitspoeling.[2]

De vraag naar kunstmest door niet-westerse landen neemt toe. Met name door hogere inkomens in China, India en Brazilië stijgt de vraag naar kip en rundvlees, waardoor de vraag naar graan stijgt, waardoor de vraag naar kunstmest stijgt. De goed toegankelijke bodemvoorraden van kali en fosfaatgesteente zijn echter eindig, waardoor schaarste en prijsstijging op de wereldmarkt kan ontstaan. Dana Cordell schat de fosforpiek, waar de vraag de productie overschrijdt, rond 2035.[3]

Het vervoeren van op ammoniumnitraat gebaseerde kunstmeststoffen over zee houdt bepaalde risico’s in zoals brand, decompositie en explosie. Alvorens deze kunstmeststoffen aan boord te nemen, dient de gezagvoerder over voldoende informatie te beschikken. Zo zijn veiligheidsinformatiebladen van het product(en), instructies hoe men deze cargo het beste stuwt om hittebronnen te vermijden en een procedure die aangeeft hoe er gehandeld dient te worden bij een noodgeval zoals decompositie onontbeerlijk.

Brand

Ammoniumnitraat is niet brandbaar. Het zal alleen ontbranden als meststof brandbaar materiaal bevat. Ammoniumnitraat kan dus wel een ontbranding bevorderen door oxidatie. Dit komt doordat meststoffen die ammoniumnitraat bevatten chemisch ontbonden worden bij brand of blootstelling aan een hittebron. Hierbij komt zuurstof vrij die de brandhaard ondersteunt.

Decompositie

Decompositie is een chemische ontbinding die doorgaat wanneer producten zoals meststoffen die ammoniumnitraat bevatten, worden blootgesteld aan hitte. Het gevaar van chemische ontbinding hangt af van vele factoren. De belangrijkste factor is de aanwezigheid van brandbaar materiaal. Maar deze is niet expliciet nodig om de ontbinding door te laten gaan. Ook hangt het af van het type product, de temperatuur van de hittebron en de duur van blootstelling aan de hitte. Er zijn zelfs samenstellingen van producten waarbij een kort contact met een hittebron ervoor kan zorgen dat deze beginnen te ontbinden en waarbij ze genoeg thermische energie ontvangen om de ontbinding in stand te houden zonder hittebron. De chemische ontbinding is exotherm, maar er komen ook toxische gassen vrij zoals zoutzuurgas, stikstofdioxide, ammoniak en chloor.

Explosie

Kunstmeststoffen kunnen exploderen. Maar daar is een sterke ontsteking voor nodig. De meeste producten hebben een grote weerstand tegen explosie maar er zijn enkele factoren die het explosiegevaar verhogen: de grootte van de deeltjes, de hoeveelheid brandbaar materiaal en de porositeit van de lading.

• Champost

Zie de categorie Fertilizer van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.