電漿活化水如何協助農業降低肥料與運輸碳足跡？

現代農業高度依賴氮肥，但氮肥背後不只有施肥階段的環境影響，還包含原料取得、工業製造、包裝、倉儲及長途運輸所產生的碳排放。

國際能源署指出，傳統氨生產高度依賴天然氣與煤炭，約占全球最終能源消耗的 2%。因此，若能利用空氣、水與電力，在農場或溫室現地產生植物可利用的活性氮，便有機會縮短肥料供應鏈，為農業減碳開闢新的技術路徑。參考 IEA《Ammonia Technology Roadmap》

電漿活化水是什麼？

電漿活化水（Plasma-Activated Water，PAW）是利用常壓電漿與空氣、水接觸，使空氣中的氮氣與氧氣進入高能量反應狀態，產生多種活性氧與活性氮物種，再溶入水中。

其中可能包含：

• 硝酸根（NO₃⁻）
• 亞硝酸根（NO₂⁻）
• 過氧化氫（H₂O₂）
• 其他短生命週期的活性物種

硝酸根是植物可吸收利用的氮源之一。透過適當控制電漿功率、處理時間、氣液接觸方式及水質條件，便可依農業需求調整活性物種的組成與濃度。

研究顯示，適當濃度的電漿活化水具有促進部分作物幼苗生長及葉綠素形成的潛力；但濃度過高也可能抑制作物生長，因此實際應用仍需依作物種類、生長階段及栽培條件建立合適參數。參考《Scientific Reports》萵苣試驗

現地固氮如何降低農業碳足跡？

1. 降低對傳統氮肥的依賴

傳統氮肥通常由大型化工廠集中生產，製造過程需要大量能源。電漿活化水則可直接利用空氣、水與電力產生活性氮，若能取代部分傳統肥料投入，便有機會降低上游氮肥製造所帶來的碳排放。

這項技術的重點並非宣稱完全取代所有肥料，而是依照作物實際需肥量，評估可減少多少傳統氮肥用量。磷、鉀及其他微量元素仍需透過適當的肥培管理補充。

2. 減少包裝、倉儲與長途運輸

傳統肥料從工廠生產後，通常還需經過濃縮、包裝、倉儲、配送及田間搬運。若能在農場、溫室或水耕設施現地製造、現地使用電漿活化水，便可縮短部分氮源供應鏈，減少相關包材與運輸需求。

對偏遠農區、離島或肥料配送成本較高的地區而言，分散式生產也有助於提高農業投入品的供應韌性。

3. 搭配分散式再生能源

電漿固氮以電力驅動，因此用電來源會直接影響其碳足跡。若設備搭配太陽能、風力或其他低碳電力，便有機會進一步降低活性氮的製造排放。

此外，設備可依灌溉或施肥需求啟停，讓活性水隨製隨用，減少長時間儲存造成的活性物種衰減。

電漿活化水不等於「零碳肥料」

現地生產能減少部分包裝與運輸，但不代表整套系統在所有條件下都能達到零碳或近零碳。

完整的減碳評估仍應納入：

• 電漿設備的耗電量與電力排放係數
• 單位電量可產生的有效氮量
• 原水水質、處理流量及設備運轉時間
• 可取代的傳統氮肥比例
• 作物產量、品質及氮利用效率
• 設備製造、維護及耗材需求
• 土壤硝酸鹽淋洗與氧化亞氮排放
• 被取代肥料的製造、包裝、倉儲與運輸排放

簡化而言：

淨減碳效益＝被取代肥料的生命週期排放－電漿活化水系統新增的生命週期排放

因此，真正的減碳成果應透過田間試驗、能源監測與生命週期評估加以確認，而不能只依設備是否使用空氣與水判定。

從「運送肥料」走向「現地製造養分」

電漿活化水提供了一種分散式農業固氮的新思維：不再只把肥料從遠端工廠運往農田，而是在需要使用的地點，以空氣、水與電力產生活性氮。

當設備與精準灌溉、養液監測及再生能源結合後，可望依作物需求調整活性氮供應，降低部分傳統肥料投入與物流負擔，並提升農場的能源及農業資材自主性。

馗鼎奈米持續投入常壓電漿活化水與農業應用技術，協助客戶依水質、處理量、作物及栽培方式建立適合的操作條件，探索更具效率且可量化的農業減碳方案。