Совместный отчет nCa и ИИ
Мочевина или карбамид была впервые обнаружена в 1773 году французским химиком Илером Руэлем, который выделил ее из мочи. Однако только в 1828 году немецкий химик Фридрих Велер искусственно синтезировал мочевину из неорганических соединений. Это было новаторское достижение, поскольку впервые органическое соединение было синтезировано из неорганических материалов, что фактически опровергло распространенную “теорию жизненной силы”, согласно которой органические соединения могут быть получены только живыми организмами.
Применение мочевины в сельском хозяйстве в качестве удобрения началось в начале 20-го века, но ее широкое распространение резко ускорилось после Второй мировой войны, когда технологии производства улучшились, а затраты снизились. Мочевина оказала преобразующее влияние на мировое сельское хозяйство:
• Это стало краеугольным камнем “зеленой революции” (1950-1970-е годы), которая привела к резкому увеличению сельскохозяйственного производства во всем мире
• Позволило значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур, что помогло прокормить растущее население планеты
• Способствовало укреплению продовольственной безопасности в развивающихся странах
• Позволила интенсифицировать сельское хозяйство на существующих сельскохозяйственных угодьях, снизив необходимость преобразования естественной среды обитания в сельскохозяйственные угодья
Производственный процесс и сырье
Сырьевые ресурсы
Основным сырьем для производства карбамида являются:
• Природный газ (основной источник водорода)
• Атмосферный азот
• Диоксид углерода (обычно улавливается в процессе производства аммиака)
Производственный процесс
Карбамид получают в два этапа:
1. Производство аммиака (процесс Хабера-Боша):
o Азот извлекается из воздуха
o Природный газ (метан) обеспечивает получение водорода путем паровой конверсии
o Азот и водород вступают в реакцию при высоком давлении (150-300 атмосфер) и температуре (400-500°C) с железными катализаторами с образованием аммиака (NH₃)
2. Синтез мочевины:
o Аммиак вступает в реакцию с диоксидом углерода при высоком давлении и температуре
o При этом образуется карбамат аммония (NH₂COONH₄)
o Карбамат аммония затем обезвоживается с образованием мочевины (CO(NH₂)₂)
o Общая реакция: 2NH₃ + CO₂ → CO(NH₂)₂ + H₂O
Процесс является энергоемким, при этом природный газ служит как источником водорода, так и топливом для удовлетворения энергетических потребностей процесса.
Текущая ситуация со спросом и предложением
Текущее состояние рынка (по состоянию на 2024 год)
• Мощность мирового производства карбамида: приблизительно 210-220 млн тонн в год
• Фактический объем производства: около 180-190 млн тонн
• Мировой спрос: приблизительно 175-185 млн тонн
• В нормальных условиях рынок в целом сбалансирован и имеет небольшой избыток предложения
Динамика по регионам
• Основные регионы-производители с избыточными мощностями: Китай, Россия, Ближний Восток (Катар, Саудовская Аравия, ОАЭ)
• Основные регионы-импортеры: Индия, Бразилия, США, Западная Европа, Юго-Восточная Азия
Характеристики рынка
• Цикличность рынка, обусловленная ценами на природный газ, сельскохозяйственные товары и увеличением производственных мощностей
• Умеренная консолидация как государственных, так и частных производителей
• Значительные торговые потоки между регионами из-за дисбаланса в производстве и потреблении
Прогнозируемое предложение и спрос (на ближайшие 25 лет)
Прогнозы спроса
• Краткосрочный (1-5 лет): Ежегодный рост на 1,5-2,0%
• Среднесрочный (5-15 лет): Ежегодный рост на 1,0-1,5%
• Долгосрочный (15-25 лет): Ежегодный прирост на 0,5-1,0%%
Факторы, влияющие на будущий спрос:
• Рост населения (по прогнозам, к 2050 году оно достигнет ~9,7 млрд. человек)
• Изменение рациона в сторону более богатых белком продуктов, требующих большего количества зерна для скота
• Конкуренция со стороны альтернативных удобрений и точного земледелия
• Экологические нормы, потенциально ограничивающие нормы внесения удобрений
• Разработка сортов сельскохозяйственных культур с более высоким содержанием азота
Прогнозы предложения
• Краткосрочный (1-5 лет): увеличение мощностей на 25-30 млн тонн уже запланировано или производства находятся в стадии строительства
• Среднесрочный (5-15 лет): более медленный рост мощностей с акцентом на регионы с дешевым природным газом.
• Долгосрочная перспектива (15-25 лет): Потенциальный переход к производству экологически чистого карбамида на основе аммиака
Факторы, влияющие на будущие поставки:
• Наличие природного газа и тенденции ценообразования
• Установление цен на выбросы углерода и экологическое регулирование
• Разработка альтернативных технологий производства
• Геополитические факторы, влияющие на основные регионы добычи
Ценовые тенденции и перспективы на будущее
Исторический ценовой контекст
Цены на карбамид были крайне неустойчивыми:
• Средний диапазон цен (2010-2024 гг.): 200-700 долларов за тонну
• Исторический максимум: более 900 долларов за тонну (2008 и 2022 гг.)
• Исторический минимум: ниже 200 долларов за тонну (2016, 2020)
Текущая ценовая ситуация
По состоянию на октябрь 2024 года цены на карбамид снижались по сравнению с экстремально высокими показателями 2022 года, составляя 350-450 долларов за тонну на международном уровне.
Прогнозы цен на следующие 25 лет
• Краткосрочная (1-5 лет): Сохраняющаяся волатильность с общей тенденцией к снижению по мере ввода в эксплуатацию новых мощностей
• Среднесрочная (5-15 лет): Стабилизация при ценах в диапазоне 300-500 долларов за тонну.
• Долгосрочная перспектива (15-25 лет): Потенциальное повышение цен в связи с:
o Установлением цен на углерод и нормативов выбросов
o Повышением затрат на производство “зеленой” карбамида
o Повышением цен на природный газ
o Консолидацией в отрасли
Факторы, которые будут влиять на будущие цены:
• Затраты на энергоносители, особенно на природный газ
• Экологические нормы и налоги на выбросы углерода
• Технологические достижения в производстве
• Цены на сельскохозяйственные товары
• Геополитическая напряженность и торговая политика
Основные производители и потребители
Ведущие страны-производители
1. Китай (~30-35% мирового производства)
2. Индия (~13-15%)
3. Россия (~7-8%)
4. США (~5-6%)
5. На Индонезию, Пакистан и страны Ближнего Востока (Катар, Саудовская Аравия, Оман, ОАЭ) в совокупности приходится ~20-25%
Крупнейшие компании-производители
1. Yara International (Норвегия)
2. CF Industries (США)
3. SABIC (Саудовская Аравия)
4. QAFCO (Катар)
5. Nutrien (Канада)
6. EuroChem (Швейцария/Россия)
7. Koch Fertilizer (США)
8. OCI (Нидерланды)
9. Несколько крупных китайских производителей (например, Sinopec, CNPC)
Страны-лидеры по потреблению
1. Индия (~15-17% мирового потребления)
2. Китай (~30-32%)
3. США (~7-8%)
4. Бразилия (~5-6%)
5. Пакистан (~2-3%)
6. Индонезия (~2-3%)
Агрономическое применение и пригодность
Химические свойства
• Содержание азота: 46% (самое высокое среди твердых азотных удобрений)
• Форма: Белые твердые кристаллы, хорошо растворимые в воде
• Значение рН: Изначально основное, но со временем приводит к подкислению почвы
Пригодность для выращивания
Мочевина универсальна и может применяться практически для всех культур, но нормы внесения и сроки варьируются:
Высокочувствительные культуры:
• Кукуруза/маисовое пюре
• Пшеница
• Рис
• Хлопок
• Пастбищные травы
Умеренно чувствительные культуры:
• Соя и бобовые (требуют меньше азота из-за азотфиксации)
• Фрукты и овощи
• Масличные культуры (рапс, подсолнечник)
Менее подходящие виды применения:
• Чувствительные к кислотности культуры без надлежащего регулирования рН почвы
• Некоторые системы органического производства (хотя в некоторых органических стандартах допускается использование натуральной мочевины)
Способы внесения
• Распыление (равномерное распределение по поверхности почвы)
• Ленточное внесение (концентрированные полоски вблизи рядов растений)
• Фертигация (растворяется в оросительной воде)
• Внекорневая подкормка (разбавленным раствором опрыскивают листья)
• Глубокое внесение (особенно на рисовых полях)
Нормы внесения влияют на урожайность
Средние нормы внесения
Нормы внесения значительно различаются в зависимости от культуры, типа почвы, климата и системы земледелия:
• Кукуруза: 150-300 кг/га мочевины (70-140 кг/га азота).
• Пшеница: 100-250 кг/га мочевины (45-115 кг/га азота)
• Рис: 150-300 кг/га мочевины (70-140 кг/га азота)
• Хлопок: 100-200 кг/га мочевины (45-90 кг/га азота)
• Овощи: 150-400 кг/га мочевины (70-180 кг/га азота)
Средний мировой показатель по всем культурам: примерно 150-200 кг/га мочевины за сезон внесения.
Сравнение влияния на урожайность
Разница в урожайности между удобренными и неоплодотворенными культурами сильно варьируется в зависимости от:
• Исходное плодородие почвы
• Тип культуры
• Климат и водообеспеченность
• Методы ведения хозяйства
Обычно урожайность повышается при оптимальном внесении мочевины:
| Культура | Урожай без подпитки карбамидными удобрениями | Оптимальная подпитка | Рост в процентах |
| Кукуруза | 3-5 tons/ha | 8-12 tons/ha | 100-200% |
| Пшеница | 1.5-3 tons/ha | 4-7 tons/ha | 100-150% |
| Рис | 2-3 tons/ha | 5-8 tons/ha | 100-170% |
| Хлопок | 0.5-1 ton/ha | 1.5-3 tons/ha | 100-200% |
| Овощи | варьируется | Highly variable | 50-150% |
На истощенных почвах разница может быть еще более существенной, и при правильном внесении удобрений урожайность может вырасти в 3-4 раза. На уже плодородных почвах разница может быть намного меньше.
Экологические соображения
Экологические проблемы
• Вымывание нитратов в грунтовые воды
• Испарение аммиака способствует загрязнению воздуха
• Выбросы закиси азота (мощного парникового газа)
• Подкисление почвы при длительном использовании
• Способствует цветению водорослей и эвтрофикации, когда стоки попадают в водные пути
Подходы к смягчению последствий
• Удобрения повышенной эффективности (ингибиторы уреазы, ингибиторы нитрификации)
• Препараты с замедленным и контролируемым высвобождением
• Методы точного земледелия
• Оптимизированные сроки и размещение внесения
• Интеграция с органическими добавками для улучшения состояния почвы
• Раздельное внесение в соответствии со структурой спроса на сельскохозяйственные культуры
Инновации и будущие разработки
Технологические достижения
• Экологически чистое производство карбамида (с использованием возобновляемых источников энергии для синтеза аммиака)
• Нанотехнологические удобрения на основе карбамида
• Покрытия из наночастиц с интеллектуальным высвобождением
• Интеграция с цифровым сельским хозяйством для оптимизации применения
• Биологические добавки для повышения эффективности использования азота
Альтернативные технологии
• Повышение биологической фиксации азота
• Генетически модифицированные культуры с улучшенным использованием азота
• Микробиологические инокулянты, улучшающие усвоение азота
• Подходы, основанные на циркулярной экономике, для извлечения азота из потоков отходов
Стратегические соображения
Последствия для продовольственной безопасности
• Мочевина по-прежнему имеет решающее значение для глобальной продовольственной безопасности
• Развивающиеся страны особенно зависят от доступных поставок мочевины
• Волатильность цен создает риски для фермеров в регионах с ограниченными ресурсами
Геополитические аспекты
• Доступ к природному газу создает стратегические преимущества для стран-производителей
• Торговые ограничения и санкции могут существенно повлиять на мировые рынки
• Энергетическая политика напрямую влияет на экономику производства
Переход к устойчивому развитию
• Растущее давление с целью снижения воздействия на окружающую среду
• Постепенный переход к более эффективному использованию, а не к более широкому применению
• Интеграция с более широкими подходами к устойчивому сельскому хозяйству
Вывод
Мочевина по-прежнему остается самым важным азотным удобрением в мире, обеспечивая растения необходимыми питательными веществами, которые поддерживают глобальную продовольственную безопасность. Высокое содержание азота, универсальность и относительно низкая стоимость сделали ее краеугольным камнем современной сельскохозяйственной продуктивности. Хотя ожидается, что в ближайшей перспективе рынок продолжит расти, особенно в развивающихся регионах, долгосрочные тенденции указывают на более эффективное использование, экологические соображения и возможные технологические изменения в методах производства.
Отрасль сталкивается со значительными трудностями в обеспечении баланса между потребностями производства продуктов питания и экологической устойчивостью, но инновации как в технологии производства, так и в методах их применения открывают многообещающие перспективы. Для фермеров, политиков и заинтересованных сторон отрасли понимание ключевой роли мочевины в сельскохозяйственных системах остается важным для стратегического планирования и устойчивого развития продовольственной системы. /// nCa, 23 марта 2025 г.