合成肥料最重要的原料之一——尿素，工业上由氨气和二氧化碳在一定条件下合成。

尿素是一种优质、高效的氮肥，第一次世界大战末期德国开始将其用作肥料。实践证明，尿素含氮量高且无副成分，在所有作物上都显示了良好的增产效果。20 世纪 50 年代以后，尿素成为各国重点发展的氮肥品种，在 1960-1975 年的 15 年中，全球的尿素产量增加了 10.5 倍，并从 70 年代开始逐步代替了硝酸铵而成为世界各国施用最多的一种氮肥。

尿素的大量生产使之一跃而成温室气体的主要元凶之一。雪上加霜的是，尿素的利用并不高，导致了无谓的浪费。

所收获的作物中的氮与所投入的肥料中的氮的比率称为“氮利用效率”（NUE）。在全球范围内，NUE 一直处于低位，自 1980 年以来为 40% 至 50%。这意味着应用于作物的氮只有不到一半被吸收，其余的流失于环境。

成立于 2015 年 5 月、总部位于以色列的 Grace Breeding 表示，它的固氮技术（Nitrogen Fixation Technology，NFT）可以将谷物产量提高 18%、生物量提高 16%，从而减少对合成肥料的需求和传统耕作方法对环境的影响。

该公司的固氮技术是一种无破坏性的环境可持续施肥方法，旨在用于包括玉米、小麦和水稻在内的各种作物。Grace Breeding 正在开发一种双效接种剂工具，将生物活性成分与固氮根瘤菌相结合。它们结合可以在植物中固定更多氮。此外，该技术避免了施肥造成的土壤和地表水污染。

如果 Grace Breeding 的固氮技术被广泛采用，它可能会对农业产生持久影响——减少其对地球的污染、同时提高作物产量。根据世界经济论坛的数据，2050 年，世界人口预计将达到 97 亿。如今的农业亟需提高生产力和可持续性，以满足不断增长的人口需求。

“今天的农民需要使用生物肥料，以减少生态足迹、以更好的方式竞争出口。”Grace Breeding 在一份声明中表示，该公司的 NFT 产品通过允许农民减少空气污染以及水和土壤中的生态足迹，为农民提供了作物竞争优势。Grace Breeding 将继续改进其产品，同时检查全球目标市场的现有产品。该公司在以色列拥有两个领先的农场研发中心和 15 名农业开发专业人员，目前正与欧洲和印度的合作伙伴合作，以建立全球业务。

Grace Breeding 的 NFT 完全以植物为基础。该公司表示，已经发现该技术可以改善土壤中养分的吸收并提高氮利用效率。在最近的一项实验中，Grace Breeding NFT 配方针对全剂量的商业肥料进行了测试，其结果是肥料的用量减少 25 倍：从使用尿素种植玉米和小麦时的每公顷 1100 磅和 550 磅，减少到在使用 NFT 配方时的 44 磅；所需频次从原来的三到四次减少到一次。

提高氮肥利用率越来越受到研究人员的重视。谢菲尔德大学团队在 2019 年发表的一项研究发现，利用“蓝尿素”可减少肥料所释放的二氧化碳。该技术使用替代方法生产可再生能源的氢气，并且不需要化石燃料。这也意味着要找到产生氢气所需的其他二氧化碳来源。研究人员说这可以从捕获的碳排放物中获取。研究人员还通过消除干燥和造粒的需要，进一步降低了能源和成本。

2005 年至 2015 年间，一项针对中国 2100 多万小农户的研究发现，农民可以提高作物产量，同时减少对环境的影响。这十年期间，玉米、大米和小麦的产量增加了约 11%。这也使氮肥减少了 16% 以上。

“通过生产更多的作物和更少的肥料，这项实验提供了 122 亿美元的经济回报。”Our World in Data 报道，“这不是通过重大技术创新或政策变化来实现的：它涉及对农民进行良好管理实践的教育和培训。”

除了固氮，Grace Breeding 还拥有育种和植物保护的专利技术。

使用非转基因技术，Grace Breeding 正在努力将独特的性状引入植物基因组，以创新品种、满足各种需求。例如，该公司正在研究低热量的西红柿和胡椒，而这将基于具有高番茄红素含量的甜叶菊，以利于公众健康和更长的保质期；以及还在研究在切割和去皮条件下具有更长保质期和高工业优势的无籽甜瓜。

其他研究项目包括活性和产量更高的大麻品系、谷物作物产量的增加、高产的南欧丹参（Salvia Sclarea）、非灌溉草坪的改善和无籽西红柿。

Grace Breeding 育成的小黄瓜，其市场每年增长 15%。与现有领先品种相比，该品种黄瓜产量几乎翻了一番，口感大大提升。该新品种已引入以色列和土耳其市场。

Grace Breeding 推出的 Ariel 和 Arbel 西红柿品种对番茄的主要病害之一——番茄褐色皱纹果病毒（Tbrf-V）具有抗性。

Grace Breeding 的植物保护广防护系统（Plant Protection Wide Defense System，WDS）是一种创新的支持性、环境可持续的作物保护方法。通过生物增强植物的免疫系统，植物可以抵抗害虫、真菌、细菌和病毒，减少对化学农药的需求。除了将蔬菜产量提高 10-20% 和保质期提高 30%，该技术还降低了害虫对化学品产生抗性的可能性，并提高了土壤和地下水的整体安全性，创造了一个更健康的环境。