植物生长中隐藏的温室气体排放

畜牧业常被视为食品温室气体排放问题的罪魁祸首，但植物性食品同样存在不容忽视的温室气体足迹。尽管畜牧业贡献巨大，但肥料生产等“隐性因素”也对137亿公吨二氧化碳_当量的食品系统排放量负有责任。

肥料、植物补充剂（氮、磷、钾等）以及土壤管理实践都是隐藏的排放源。虽然氮、磷、钾对农业至关重要，但其来源、生产和供应链均会产生温室气体排放。

氨生产会产生大量温室气体排放

随着全球人口持续增长，2019年粮农组织报告预测氮肥需求将持续上升，这并不令人意外。对于肥料而言，传统的氨生产方法（如哈伯法）虽然保证了氨肥的供应，但也产生了大量的二氧化碳。然而，目前满足这一需求的方法大多仍集中于传统的氨生产工艺，这将进一步加剧温室气体的排放。

目前，开发更环保的氨生产工艺的研究正如火如荼。这可以通过利用可持续能源进行电化学制氢来实现。此外，化学领域也提供了更先进的方案，例如通过氮的光化学或电化学还原。图1展示了直接电化学还原氮的过程。Hochman等人的分析表明，与水电解结合哈伯法的方案相比，直接电催化路径的成本更低。

从经济角度来看，欧盟委员会计划对进口商品的二氧化碳排放征收关税。该关税计划旨在防止进口商在欧盟生产商受制于严格气候政策的情况下获得不公平竞争优势。这些法规将在三年内逐步实施，从2023年1月开始，至2026年底结束。

天然气价格的不稳定性以及当前的地缘政治气候，正强力驱动欧洲寻找天然气基氨生产的替代方案。随着大规模电解制氨成本的降低，绿色氨将很快具备市场竞争力。

过去几年中，有关“磷危机”的报道频现。农民的负担能力、环境污染、肥料过度使用以及对磷自然资源的地缘政治控制，都被视为该问题的一部分。此外，磷矿石的可开采储量及其“品质”也引发了关注。

这已演变为一个粮食与水安全问题，并将随着人口增长而日益严峻。治理磷污染水体的成本高昂，且由此引发的藻类爆发具有严重的毒性影响。

废水是磷的优质二次来源：必须将其去除，这也为磷的回收提供了契机。从废水、生物固体和污水灰分中回收磷，始于化学沉淀和利用微生物进行强化生物除磷等方法。 

自2001年以来，有关肥料养分回收相关废水处理方法的科学文献总量呈上升趋势（图1）。在现有文献中，生物处理工艺最为普遍，其次是物理方法和化学方法。养分回收是磷循环这一复杂整体过程中的一个环节。

鸟粪石沉淀法是目前从废水中去除磷酸盐的一种日益普及的方法。虽然它能改善污水处理厂的运行性能，但其磷回收潜力较低。

然而，从废水中去除磷酸盐只是第一步，如何将其转化为可用形式则是下一个挑战，特别是在针对现有肥料类别时。传统的肥料生产路径在将回收材料转化为直接可用的市场产品方面适用性有限。 

目前，利用污水污泥或污泥灰分制造肥料的多种方法已处于先进开发阶段。这些工艺通常以含磷废物为原料，经过显著的化学转化，从而获得可进入价值链的材料。例如，磷回收技术可能需要消耗大量能源（包括高强度的干燥或浓缩步骤），这些能耗问题亟待解决。