جایگاه حیاتی اسید نیتریک در کشاورزی و کودسازی

اسید نیتریک (HNO₃) یکی از شیمیایی‌ترین پایه‌های صنایع مدرن کشاورزی است. در واقع، بدون حضور این ماده نمی‌توان از کود شیمیایی نیتروژنه به‌عنوان موتور رشد محصولات زراعی یاد کرد. بخش بزرگی از نیتروژن قابل جذب در مزارع از ترکیباتی می‌آید که در کارخانه‌ها با واکنش اسید نیتریک و آمونیاک تولید می‌شوند. از جمله این ترکیبات می‌توان به نیترات آمونیوم (NH₄NO₃)، نیترات کلسیم (Ca(NO₃)₂)، نیترات پتاسیم (KNO₃) و نیترات سدیم (NaNO₃) اشاره کرد.

در بازار جهانی، حدود ۶۵ تا ۷۰ درصد تولید سالانه اسید نیتریک مستقیما وارد چرخه تولید کودهای شیمیایی می‌شود. همین نسبت نشان می‌دهد که HNO₃ نه صرفا یک اسید صنعتی، بلکه قلب سیستم تغذیه نیتروژنی زمین‌های کشاورزی است.

تاریخچه و روند رشد مصرف اسید نیتریک در جهان

از آغاز قرن بیستم و هم‌زمان با توسعه فرآیند هابربوش (Haber–Bosch) برای سنتز آمونیاک از نیتروژن هوا، پایه رشد صنعت اسید نیتریک هم ریخته شد. مهندس آلمانی ویلهم اوستوالد (Wilhelm Ostwald) در سال ۱۹۰۲ روشی را ابداع کرد که تا امروز نیز با اصلاحات مهندسی ادامه دارد:

فرآیند تبدیل آمونیاک → نیتریک اکسید → نیتروژن دی‌اکسید → اسید نیتریک

با رشد کشاورزی مکانیزه و نیاز شدید به کودهای نیتروژنی در دهه‌های ۱۹۵۰ تا ۲۰۲۰، مصرف سالانه HNO₃ از چند میلیون تن به بیش از ۶۰ میلیون تن در سال افزایش یافته. امروزه ۹ کشور عمده از جمله چین، هند، روسیه، ایالات متحده، ایران، مصر، اندونزی، عربستان و ترکیه سهم اصلی تولید را دارند.

واکنش بنیادی تولید کود نیترات آمونیوم

مهم‌ترین دلیل حضور HNO₃ در صنعت کود، واکنش آن با آمونیاک است:

NH3+HNO3→NH4NO3+ΔH NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃ + ΔH NH3​+HNO3​→NH4​NO3​+ΔH

این واکنش به‌شدت گرمازا است (ΔH ≈ –146 kJ/mol) و نیازمند کنترل دقیق دما (حدود ۱۸۰–۲۰۰ °C) و فشار (۲–۱۰ bar) است. معمولاً پس از تولید محلول نیترات آمونیوم، فرآیند تغلیظ تا حدود ۹۵٪ انجام و سپس به صورت گرانول (Granule) یا پریل (Prill) خشک می‌شود. هر تن نیترات آمونیوم (AN) برای تولید نیاز به حدود ۵۶۰ تا ۵۸۰ کیلوگرم اسید نیتریک ۶۲٪ دارد.

نقش اسید نیتریک در تولید سایر کودهای نیتراتی

• نیترات کلسیم (Calcium Nitrate)

از واکنش آهک با اسید نیتریک به‌دست می‌آید.

CaCO3+2HNO3→Ca(NO3)2+CO2+H2O CaCO₃ + 2HNO₃ → Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O CaCO3​+2HNO3​→Ca(NO3​)2​+CO2​+H2​O

این کود خاصیت دوگانه دارد: هم نیتروژن و هم کلسیم محلول در اختیار گیاه قرار می‌دهد و برای کشت هیدروپونیک بسیار پرکاربرد است.

• نیترات پتاسیم (Potassium Nitrate)

KCl+HNO3→KNO3+HCl KCl + HNO₃ → KNO₃ + HCl KCl+HNO3​→KNO3​+HCl

KNO₃ کود بسیار محلول در آب با خاصیت غیر اسیدی است. در کشاورزی گلخانه‌ای به‌ویژه در محصولاتی مانند گوجه‌فرنگی و فلفل، استفاده فراوان دارد.

• نیترات سدیم (Sodium Nitrate)

عمدتا از واکنش سود سوزآور (NaOH) یا کربنات سدیم (Na₂CO₃) با HNO₃ به‌دست می‌آید. تمام این کودها نوعی منبع نیتروژن نیتراتی (NO₃⁻) هستند که به سرعت در ریشه جذب می‌شوند.

شرایط کیفی اسید نیتریک مناسب برای کودسازی

در صنعت کود، هر نوع HNO₃ قابل مصرف نیست. شاخص‌های اصلی که کارخانجات به آن توجه دارند:

1. غلظت بین ۵۸ تا ۶۸ درصد وزنی (wt%) غلظت بالاتر از ۷۰٪ معمولا باعث خوردگی تجهیزات می‌شود.

2. خلوص بالا و حداقل کلراید < ۵ ppm برای جلوگیری از خوردگی زودرس فولاد ضدزنگ

3. رنگ زرد روشن مایل به کهربایی که ناشی از مقدار اندک NO₂ محلول است.

4. محلول شفاف و فاقد رسوب یا ذرات معلق

در بسیاری از کارخانه‌های ایرانی (مثلا مجتمع‌های پتروشیمی رازی و شیراز)، HNO₃ با غلظت حدود ۶۲٪ در خطوط کود نیترات آمونیوم مصرف می‌شود.

ملاحظات ایمنی و خوردگی در کار با اسید نیتریک

HNO₃ یک اکسیدکننده بسیار قوی است و خاصیت خورندگی بالایی دارد. در تماس با فلزات معمولی به سرعت واکنش داده و بخارات سمی NO₂ آزاد می‌کند.

جنس تجهیزات صنعتی مناسب:

• فولاد ضدزنگ 316L در سیستم‌های سرد

• آلیاژ هَستَلوی (Hastelloy C276) یا اینکونل در دمای بالا

• تیتانیوم و تفلون (PTFE) در خطوط انتقال نهایی

در واحدهای ذخیره، مخزن پلی‌پروپیلن تقویت‌شده (FRP) یا فولاد ضدزنگ با تهویهٔ گاز NO₂ نصب می‌شود.

ایمنی کار: همیشه باید از دستکش نئوپرن، ماسک فیلتر اسیدی، و لباس مقاوم استفاده کرد. تماس مستقیم حتی در غلظت ۳۰٪ می‌تواند سوختگی شدید ایجاد کند.

کنترل آلاینده‌ها و اثرات زیست‌محیطی

در فرآیند تولید Fertilizer، انتشار اکسیدهای نیتروژن (NOx) یکی از چالش‌های جدی زیست‌محیطی است. کارخانه‌ها از دو راهکار اصلی استفاده می‌کنند:

1. SCR (Selective Catalytic Reduction): تبدیل NOx به N₂ و H₂O با استفاده از آمونیاک یا اوره در حضور کاتالیزور وانادیوم.

2. Scrubber مرطوب (Wet Scrubber): شست‌وشوی گازها با آب یا محلول قلیایی برای جذب NO₂ و HNO₃ باقیمانده.

استانداردهای اتحادیه اروپا و ایران حد مجاز خروجی NOx را کمتر از ۱۰۰ mg/Nm³ تعیین کرده‌اند.

نقش اقتصادی و استراتژیک در بازار جهانی کود

در بازار جهانی، بیش از ۷۰٪ اسید نیتریک تولیدی مستقیما صرف بخش کشاورزی می‌شود. روند داده‌ها از سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۵ نشان می‌دهد که نرخ رشد متوسط سالانه مصرف صنعتی اسید نیتریک در تولید کود حدود ۳٫۲٪ بوده است.

در ایران، حدود ۴۰٪ از ظرفیت تولید HNO₃ (در پتروشیمی شیراز، رازی و پردیس) به تولید کود نیترات آمونیوم و نیترات کلسیم اختصاص دارد.

صادرات کود نیترات آمونیوم از ایران به عراق، افغانستان و پاکستان طی سال‌های اخیر رشد چشم‌گیری داشته و بیشتر از مسیر بندر امام و مرز خسروی انجام می‌شود.

استفاده از اسید نیتریک در تولید کود مایع 

در سیستم‌های آبیاری نوین، به‌ویژه آبیاری قطره‌ای، استفاده از کود مایع بر پایه HNO₃ به‌سرعت در حال گسترش است.

این محلول‌ها شامل ترکیبی از اسید نیتریک + نیترات آمونیوم/کلسیم + عناصر ریزمغذی (Zn, Fe, B) هستند و علاوه بر تغذیه، باعث کاهش PH خاک و حلالیت بهتر عناصر مفید می‌شوند.

کنترل کیفیت، استانداردها و تست‌های فنی

پس از تولید، نمونه‌های HNO₃ باید طبق استانداردهای زیر بررسی شوند:

• ASTM D357–20: برای تعیین غلظت و چگالی

• ISO 24434: کنترل ناخالصی‌های فلزی سنگین

• EN 937: آزمون خلوص و رنگ سنجی برای اسیدهای صنعتی

در ایران، موسسات معتبری مانند پژوهشگاه صنعت نفت و SGS ایران این آزمون‌ها را تایید می‌کنند.

جمع‌بندی

در دهه آینده، اهمیت اسید نیتریک در کودسازی بیش از پیش خواهد شد، به‌ویژه با توسعه کودهای محلول و کودهای نیتروژنی کم‌خطر. افزایش جمعیت جهان و کاهش زمین‌های زراعی باعث می‌شود تقاضای کودهای نیتروژنی همچنان رشد کند.

ایران با داشتن منابع عظیم گاز طبیعی (منبع اصلی آمونیاک) و زیرساخت پتروشیمی، می‌تواند به یکی از سه قطب اصلی تولید نیترات آمونیوم و کلسیم نیترات در منطقه MENA تبدیل شود و کلید این زنجیره چیزی نیست جز اسید نیتریک خالص و کنترل‌شده.