Agrarchemikalien werden üblicherweise als Pestizide, Düngemittel und Gesundheitsprodukte definiert. Die US-Umweltschutzbehörde (EPA) definiert Pestizide wie alle Materialien, die hergestellt oder formuliert wurden, um einen Schädling abzutöten. Das bedeutet, dass Herbizide, Fungizide, Insektizide und Mitizide Pestizide sind. Düngemittel sind Nährstoffchemikalien, die das Wachstum der Pflanze fördern. Die wichtigen Elemente in den Düngemitteln sind Stickstoff, Phosphor und Kalium. Stickstoff liegt üblicherweise in Form von Ammoniak, Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat oder Lösungen dieser Materialien vor. Andere stickstoffhaltige Chemikalien werden für einige spezielle Nährstoffbedürfnisse verwendet. Ammoniumphosphat ist die normale Phosphorquelle. Kali (Kaliumoxid) ist der Kaliumnährstoff. Tiergesundheitsprodukte sind alle Chemikalien, die verwendet werden, um die Gesundheit oder das Wachstum eines Tieres zu fördern. Dazu gehören Produkte, die topisch durch Tränken oder Aufgießen, oral als Tablette oder Gel und Injektionen verwendet werden.
Pestizide
Die bedeutendste Entwicklung in der Pestizidherstellungsindustrie war die Einführung umweltfreundlicher Pestizide. Die Imidazolinon-Herbizidfamilie war für Sojabohnen und andere Feldfrüchte von Vorteil, da die Herbizide Pfund für Pfund viel wirksamer sind; sind weniger giftig für Menschen, Tiere und Fische; haben weniger Beständigkeit im Boden; und werden im Vergleich zu den Nitroaromaten der alten Generation mit Wasser anstelle von brennbaren Lösungsmitteln formuliert. Parallel zu diesen Innovationen erfolgt die Entwicklung von Imidazolinon-resistentem Saatgut, das vor Unkrautwachstum geschützt werden kann. Mais steht in diesem Bereich an vorderster Front und wurde erfolgreich angebaut, geschützt durch die Imidazolinone. Dies macht auch die Verschleppung des Herbizids von Jahr zu Jahr zu einem unbedeutenden Problem, da in vielen Gebieten Sojabohnen und Mais rotiert werden.
Eine neuere Entwicklung ist die Herstellung der synthetischen Pyrethroide, die als Breitbandpestizide gelten. Diese Produkte sind wirksame Pestizide und für Tiere und Menschen weniger toxisch als die alten Organophosphate und Carbamate. Sie werden vom biologischen System des Insekts aktiviert und stellen daher keine Gefahr für Wirbeltiere dar. Sie sind auch weniger persistent in der Umwelt, da sie biologisch abbaubar sind.
Es gab auch Entwicklungen bei der Verwendung von Pestiziden und Herbiziden der alten Generation. Es wurden Herbizidformulierungen entwickelt, die eine Wasserdispersionstechnologie verwenden, die die Verwendung von flüchtigen Lösungsmitteln eliminiert. Dies reduziert nicht nur die Menge an flüchtigen organischen Chemikalien, die in die Atmosphäre gelangen, sondern macht auch die Handhabung, Lagerung, Formulierung und den Transport viel sicherer. Auf dem Gebiet der Pestizide wurde eine überlegene Methode zur Handhabung der giftigen Pestizide entwickelt, bei der das Material in geschlossenen Behältern von der Verpackung zum Streuer transportiert wird, genannt „Lock-N-Load“. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit einer Exposition gegenüber diesen giftigen Materialien. Organophosphate werden immer noch erfolgreich eingesetzt, um Gesundheitsprobleme wie Malaria und Flussblindheit auszurotten. Einige der weniger toxischen Organophosphate sind wirksam bei der Behandlung von Tieren gegen Insekten, Würmer und Milben durch direktes Auftragen auf die Haut unter Verwendung von Aufgieß- oder Aerosolformulierungen.
Die Pestizidindustrie wird von vielen Ländern reguliert, und die Kennzeichnung, Anwendung auf Pflanzen und Böden, Schulungen zur Verwendung von Pestiziden und der Transport werden kontrolliert. Viele Pestizide dürfen nur von zugelassenen Anwendern ausgebracht werden. Vorsichtsmaßnahmen während der Anwendung von Pestiziden werden an anderer Stelle in diesem Dokument erörtert Enzyklopädie. Massentransportfahrzeuge dürfen nur von qualifizierten Fahrern bedient werden. Die Hersteller von Pestiziden sind gesetzlich verpflichtet, sichere Handhabungs- und Anwendungsmethoden bereitzustellen. Dies wird normalerweise durch die Bereitstellung umfassender Kennzeichnungen, Schulungen und Materialsicherheitsdatenblätter (MSDSs) erreicht (siehe Kapitel Verwendung, Lagerung und Transport von Chemikalien).
Ein weiteres Problem ist die Entsorgung leerer Behälter. Es ist nicht ratsam und vielerorts sogar illegal, Pestizidbehälter wiederzuverwenden. Viele Fortschritte wurden gemacht, um dieses Problem zu mildern. Kunststoffbehälter wurden von den Verteilern eingesammelt und zu Kunststoffrohren weiterverarbeitet. Es wurden wiederbefüllbare Großbehälter verwendet. Mit dem Aufkommen der benetzbaren Pulver und Dispersionen auf Wasserbasis gibt das dreimalige Spülen des Behälters in den Lösungstank dem Anwender ein Verfahren zum Dekontaminieren des Behälters vor der Deponierung oder dem Recycling. Handlanzen mit Sprühdüsen, die den Behälter durchstechen können, werden verwendet, um eine ordnungsgemäße Reinigung und Zerstörung des Behälters sicherzustellen, damit er nicht wiederverwendet werden kann.
Pestizide werden hergestellt, um zu töten; Daher ist Vorsicht geboten, um sie sicher zu handhaben. Einige der Probleme wurden durch die Produktfortschritte verringert. In den meisten Fällen sind reichlich Wasser die beste Erste-Hilfe-Behandlung für oberflächliche Haut- und Augenkontakte. Für die Einnahme ist es am besten, ein spezifisches Gegenmittel zur Verfügung zu haben. Es ist wichtig, dass die nächstgelegene Gesundheitseinrichtung weiß, was verwendet wird, und einen Vorrat des geeigneten Gegenmittels zur Hand hat. Beispielsweise bewirken Organophosphate und Carbamate eine Hemmung der Cholinesterase. Atropin, das spezifische Antidot zur Behandlung dieser Reaktion, sollte überall dort verfügbar sein, wo diese Pestizide verwendet werden.
Weitere Informationen zu Pestiziden finden Sie im gleichnamigen Artikel in diesem Kapitel.
Düngemittel
Ammoniak ist die Basis der wichtigsten Düngemittel. Die wichtigsten Düngemittel sind Ammoniak selbst, Ammoniumnitrat, Harnstoff, Ammoniumsulfat und Ammoniumphosphat. Es scheint ein Umweltproblem im Zusammenhang mit der Verwendung von Stickstoff zu geben, da das Grundwasser in vielen landwirtschaftlichen Gebieten mit Nitraten verseucht ist, was zu gesundheitlichen Problemen führt, wenn das Wasser als Trinkwasser verwendet wird. Die Landwirte stehen unter dem Druck, weniger Düngemittel zu verwenden und den Anbau stickstoffhaltiger Leguminosen wie Sojabohnen und Weidelgras zu wechseln. Ammoniumnitrat, ein Oxidationsmittel, ist bei Erwärmung explosiv. Die Gefahren von Ammoniumnitrat als Sprengmittel wurden durch die Zerstörung eines US-Bundesgebäudes in Oklahoma City, Oklahoma, im Jahr 1995 demonstriert. Es gibt einige Bestrebungen, inerte Bestandteile hinzuzufügen, um Ammoniumnitrat in Düngemittelqualität detonationsbeständig zu machen. Ein weiteres Beispiel ist eine Industrieexplosion mit mehreren Todesopfern in einer Fabrik für Ammoniumnitratlösungen, die als detonationssicher galt, weil das Ammoniumnitrat als 85%ige Lösung gehandhabt wurde. Die Untersuchungsergebnisse zeigten, dass ein komplizierter Temperatur- und Kontaminationszustand den Vorfall verursachte. Im Einzelhandel oder in der Landwirtschaft gäbe es diese Bedingungen nicht. Wasserfreies Ammoniak ist bei Raumtemperatur ein mäßig toxisches Gas und muss während der Lagerung und Verwendung unter Druck oder im Kühlschrank aufbewahrt werden. Es reizt Haut, Augen und Atemwege, kann Verbrennungen verursachen und ist entzündlich. Es wird direkt auf den Boden aufgebracht oder als wässrige Lösung verwendet. In vielen landwirtschaftlichen Gebieten gibt es eine beträchtliche Lagerung von wasserfreiem Ammoniak. Ein gefährlicher Zustand entsteht, wenn die Lagerung nicht ordnungsgemäß verwaltet wird. Dies sollte die Überwachung auf Lecks und Notleckverfahren umfassen.
Tiergesundheitsprodukte
Die Entwicklung und Vermarktung von Rindersomatotropin (BST) hat zu Kontroversen geführt. BST, ein Fermentationsprodukt, steigert die Produktivität von Milchkühen um 10 bis 20 %. Viele Menschen lehnen das Produkt ab, weil es eine Chemikalie in die Milchproduktion einführt. Die BST-Milch ist jedoch nicht von gewöhnlicher Milch zu unterscheiden, da BST auf natürliche Weise von der Milchkuh produziert wird. Ein Problem scheint eine Zunahme von Infektionen des Euters der Kuh zu sein. Antibiotika für diese Infektionen sind verfügbar, aber der Einsatz dieser Antibiotika ist ebenfalls umstritten. Die wichtigen Vorteile von BST sind die erhöhte Milchproduktion bei reduziertem Futterverbrauch und einer ähnlichen Reduzierung von Kuhmist, einem Material, das in vielen Bereichen ein Abfallproblem darstellt. Ein ähnliches Produkt, Schweinesomatotropin (PST), befindet sich noch in der Testphase. Es produziert schnell größere Schweine, verbraucht weniger Futter und führt zu Schweinefleisch mit weniger Fett.
Der Einsatz von Antibiotika in der Rindfleischindustrie sorgt ebenfalls für Kontroversen. Es besteht die Befürchtung, dass der Verzehr großer Mengen Rindfleisch zu hormonellen Problemen beim Menschen führt. Es gab nur wenige bestätigte Probleme, aber die Besorgnis bleibt bestehen. Es wurden Tiergesundheitsprodukte entwickelt, die Würmer bei Tieren bekämpfen. Die vorherige Generation war ein synthetisches chemisches Produkt, aber die Produkte der neuen Generation sind das Ergebnis der biologischen Fermentationstechnologie. Diese Produkte sind bei vielen Arten von Tieren bei sehr geringen Anwendungsmengen wirksam und schließen Haustiere in ihren Schutzbereich ein. Diese Produkte sind für Wasserlebewesen sehr giftig, es muss jedoch sehr darauf geachtet werden, dass Bäche und Bäche nicht verunreinigt werden. Diese Materialien sind biologisch abbaubar, sodass es anscheinend keine langfristigen oder bleibenden aquatischen Probleme gibt.
Herstellung von landwirtschaftlichen Chemikalien
Die Herstellung von Agrarchemikalien umfasst viele Prozesse und Rohstoffe. Bei einigen landwirtschaftlichen Chemikalien handelt es sich um chemische Batch-Synthesen, die exotherme Reaktionen umfassen, bei denen die Temperaturkontrolle und die Größenbestimmung im Notfall ein Problem darstellen. Gefahrenbewertungen sind notwendig, um sicherzustellen, dass alle Gefahren entdeckt und angegangen werden. Gefahren- und Betriebsfähigkeitsstudien (HAZOP) werden für die Durchführung von Überprüfungen empfohlen. Die Entlastungsdimensionierung muss mithilfe der Technologie des Design Institute for Emergency Relief Systems (DIERS) und Daten von kalorimetrischen Geräten durchgeführt werden. Aufgrund der Komplexität der Moleküle umfasst die Herstellung von Agrochemikalien normalerweise viele Schritte. Manchmal fallen beträchtliche wässrige und organische flüssige Abfälle an. Einige der organischen Stoffe können wiederverwertbar sein, aber die meisten wässrigen Abfälle müssen biologisch behandelt oder verbrannt werden. Beide Verfahren sind wegen der Anwesenheit organischer und anorganischer Salze schwierig. Die Herbizide der vorherigen Generation wurden, da sie Nitrierungen beinhalteten, unter Verwendung kontinuierlicher Reaktoren hergestellt, um die Mengen der nitrierten Materialien bei Reaktionstemperaturen zu minimieren. Schwere außer Kontrolle geratene Reaktionen, die zu Sachschäden und Verletzungen führten, sind aufgetreten, wenn Batch-Reaktoren mit nitrierten organischen Stoffen einer Temperaturabweichung oder Kontamination ausgesetzt wurden.
Viele moderne Pestizidprodukte sind Trockenpulver. Wenn Konzentration, Partikelgröße, Sauerstoffkonzentration und eine Zündquelle gleichzeitig vorhanden sind, kann es zu einer Staubexplosion kommen. Die Verwendung von Inertisierung, Sauerstoffausschluss und Verwendung von Stickstoff oder Kohlendioxid minimiert die Sauerstoffquelle und kann die Prozesse sicherer machen. Diese Stäube können auch ein arbeitshygienisches Problem darstellen. Die allgemeine und lokale Belüftung ist eine Lösung für diese Probleme.
Die wichtigsten Düngemittel werden eher kontinuierlich als im Chargenverfahren hergestellt. Ammoniak wird durch Reformieren von Methan bei hohen Temperaturen unter Verwendung eines speziellen Katalysators hergestellt. Kohlendioxid und Wasserstoff werden ebenfalls gebildet und müssen vom Ammoniak abgetrennt werden. Ammoniumnitrat wird aus Ammoniak und Salpetersäure in einem kontinuierlichen Reaktor hergestellt. Die Salpetersäure entsteht durch die kontinuierliche Oxidation von Ammoniak an einer katalytischen Oberfläche. Ammoniumphosphat ist eine Reaktion von Ammoniak und Phosphorsäure. Phosphorsäure wird durch Umsetzung von Schwefelsäure mit phosphathaltigen Erzen hergestellt. Schwefelsäure wird durch Verbrennen von Schwefel zu Schwefeldioxid und kontinuierliches katalytisches Umwandeln des Schwefeldioxids in Schwefeltrioxid und anschließendes Hinzufügen von Wasser zur Bildung der Schwefelsäure gebildet. Harnstoff ist eine kontinuierliche Hochdruckreaktion von Kohlendioxid und Ammoniak, wobei das Kohlendioxid üblicherweise aus dem Nebenprodukt der kontinuierlichen Ammoniakreaktion stammt.
Viele dieser Rohstoffe sind giftig und flüchtig. Die Freisetzung von Rohmaterialien oder Fertigprodukten durch einen Geräteausfall oder einen Bedienerfehler kann Mitarbeiter und andere in der Gemeinde gefährden. Ein detaillierter Notfallplan ist ein notwendiges Instrument, um die Auswirkungen einer Freisetzung zu minimieren. Dieser Plan sollte entwickelt werden, indem ein glaubwürdiges Worst-Case-Ereignis durch Gefahrenbewertungen bestimmt und dann die Folgen mithilfe von Ausbreitungsmodellen prognostiziert werden. Dieser Plan sollte eine Methode zur Benachrichtigung der Mitarbeiter und der Gemeinde, einen Evakuierungsplan, Notfalldienste und einen Wiederherstellungsplan enthalten.
Der Transport von landwirtschaftlichen Chemikalien sollte gründlich untersucht werden, um die sicherste Route zu wählen – eine, die die Exposition minimiert, wenn ein Zwischenfall eintritt. Zur Bewältigung von Transportzwischenfällen sollte ein Transport-Notfallplan implementiert werden. Dieser Plan sollte eine veröffentlichte Notrufnummer, Unternehmenspersonal zur Beantwortung von Anrufen und in einigen Fällen ein Notfallteam am Unfallort enthalten.
Die Fermentation ist das Verfahren zur Herstellung einiger Tiergesundheitsprodukte. Die Fermentation ist normalerweise kein gefährlicher Prozess, da es das Züchten einer Kultur unter Verwendung eines Nährmediums wie Schmalzöl, Glukose oder Stärke beinhaltet. Manchmal wird wasserfreies Ammoniak zur Kontrolle des pH-Werts (Säure) oder als Nährstoff verwendet, sodass der Prozess Gefahren beinhalten kann. Lösungsmittel können verwendet werden, um die aktiven Zellen zu extrahieren, aber die Mengen und die Methodik sind derart, dass dies sicher durchgeführt werden kann. Das Recycling dieser Lösungsmittel ist oft Teil des Prozesses.