Life Cycle Assessment and Soil Nitrogen Balance of Different N Fertilizers for Top Dressing Rye as Energy Crop for Electricity Generation

Abstract

Nitrogen fertilizers have been identified in energy crops LCAs as the main contributors to global warming, as well as to many other environmental impacts. The distinct production process and application emissions of nitrogen fertilizer types for top dressing produce different GHG savings when energy crops value chains are compared to fossil energy alternatives. In this study, three types of fertilizers (calcium ammonium nitrate, urea and ammonium sulphate) at N top dressing rates of 80 kg N/ha are used to grow rye for electricity generation under the conditions of the Continental Mediterranean climate of central-northern Spain. Complete LCAs for the whole value chain based on real data were performed in conjunction with soil nitrogen balances (SNBs) to assess the accomplishment of European Union (EU) GHG savings sustainability criteria, as well as the sustainability of fertilization practices for soil nitrogen stocks. The results obtained can provide interesting insights for policy making, since calcium ammonium nitrate, the most common fertilizer for rye crops, led to 66% GHG savings, as opposed to the 69% achieved when applying urea and 77% when ammonium sulphate was used. Nevertheless, the three fertilizers produced annual soil deficits greater than 50 kg N/ha. In order to ensure savings above 80%, as required by the EU sustainability criteria, and sustainable SNBs, additional optimization measures should be taken at key points of the value chain

Los fertilizantes nitrogenados se han identificado en los ACVs de cultivos energéticos como los principales contribuyentes al calentamiento global, así como a muchos otros impactos ambientales. El proceso de producción diferenciado y las emisiones de aplicación de los distintos tipos de fertilizantes nitrogenados para la cobertera producen diferentes ahorros de GEI cuando las cadenas de valor de los cultivos energéticos se comparan con las alternativas de energía fósil. En este estudio, se utilizan tres tipos de fertilizantes (nitrato amónico cálcico, urea y sulfato de amonio) con tasas de abono de 80 kg N / ha para cultivar centeno para la generación de electricidad en las condiciones del clima mediterráneo continental del centro-norte de España. Se realizaron ACV completos para toda la cadena de valor basados ​​en datos reales junto con los balances de nitrógeno del suelo (BNS) para evaluar el cumplimiento de los criterios de sostenibilidad de ahorro de GEI de la Unión Europea (UE), así como la sostenibilidad de las prácticas de fertilización para las reservas de nitrógeno del suelo. Los resultados obtenidos pueden proporcionar ideas interesantes para la formulación de políticas, ya que el nitrato amónico cálcico, el fertilizante más común para los cultivos de centeno, generó un 66% de ahorro de GEI, en comparación con el 69% logrado con la aplicación de urea y el 77% con sulfato de amonio. Sin embargo, los tres fertilizantes produjeron déficits anuales de suelo superiores a 50 kg N / ha. Para garantizar ahorros superiores al 80%, como lo exigen los criterios de sostenibilidad de la UE, y los BNS sostenibles, se deben tomar medidas de optimización adicionales en los puntos clave de la cadena de valor.