Nitrogenfiksering

Det frigjøres energi når nitrogen og hydrogen danner amoniakk. En skulle derfor tro at syntesen av NH3 fra N2 og H2 skulle gå greit, men reaksjonen:

N2(g) + 3H2 => 2NH3 ΔHo = -92 kJ

skjer med forsvinnende liten hastighet selv om likevektskonstanten K er ca 106. Årsaken er den høye aktiveringsenergien som må overvinnes for å spalte N2 molekylet. Faktisk var det ikke før i begynnelsen av det tyvende århundre at industrien kom i gang med en slike prosesser.

Men som Hellriegel og Wilfarth påviste i 1886 var enkelte bakterier tidlig ute med å få dette til. Det er særlig to typer primitive organismer som er nitrogenfikserende:

(1) Fritt levende cyanobakterier (blågrønn alger)

(2) bakterier som er symbiotiske og lever på røttene til spesielle planter (alfaalfa, bønner, kløver, erter og soyabønner og visse kornsorter).

Mens de frittlevende Cyano-bakteriene får sin energi fra solen, får bakterier som lever i symbiose med planter sin energi fra karbohydrater som planten avgir i bytte for NH3.

Nylig ble det rapportert at det er funnet nitrogenfikserende bakterier også i havet. Dette har stor betydning for veksten av alger som absorberer CO2 som derved kan fjerne noe av denne gassen fra atmosfæren.

Prills (t.v.) og mekanisk blandet mineralgjødsel. Copyright: Yara. Foto: Terje S. Knudsen

I dag antas det at slike biologiske prosesser er ansvarlig for størsteparten av den N2 som fikseres. Resten skjer ved industrielle prosesser (gjødsel fremstilling), elektriske utladninger i atmosfæren og forbrenning av fossilt brennstoff (forbrenningsmotorer).

Selv om denne biologiske nitrogenfikseringen var og er avgjørende for livets utbredelse på jorden, er den likevel ikke tilstrekkelig for matbehovet til en dramatisk økende befolkning.

De fleste planter får sitt nitrogen fra NO3- eller NH4+ i jordsmonnet, men må konkurrere med andre organismer om dette. Derfor blir nitrogen lett en begrensende faktor for plantevekst.

Det var først i 1800 årene at jordbrukerne for alvor ble klar over nitrogenets betydning for avlingene, og at økende krav til avkastning krevde ekstra tilførsel av nitrogen til åker og eng. J. Von Liebig hadde forstått dette i 1862, men Sir Humphrey Davy skrev allerede i 1818:

”---peas and beans in all instances seem well adapted to prepare the ground for wheat---- it seems that the azote (nitrogen) which forms a constituent part of (their) matter is derived from the atmosphere.”

Dette var en observasjon som for øvrig både Romerske og Greske jordbrukere hadde gjort ganske tidlig. I dag forstår vi denne sammenhengen siden det jo nettopp er disse planteartene som lever i symbiose med nitrogenfikserende bakterier.

Publisert 18. jan. 2019 16:00 - Sist endret 19. feb. 2019 20:53