Ученые из Нидерландов создали плазменную установку для производства удобрений

Исследователи из Технологического университета Эйндховена (TU / e) построили небольшую плазменную установку, которая производит азотные жидкие удобрения с использованием только солнца, воды и воздуха.

«Завод прост в настройке, устойчив и очень эффективен», — говорит исследователь TU / e Фаусто Галлуччи, который вместе с партнерами из Африки, Германии и Португалии провел успешные испытания устройства в Уганде. «Теперь мы хотим вывести мини-завод на рынок, чтобы он стал доступен фермерам по всему миру».

Прокормить растущее население мира — огромная проблема. Согласно прогнозам, в 2030 году на нашей планете будет проживать 8,6 миллиарда человек, а в 2050 году — почти 10 миллиардов. Искусственные удобрения, в частности азотные удобрения, играют ключевую роль в решении этой проблемы.

Хотя искусственные удобрения широко доступны в развитом мире, в развивающихся странах они не так распространены. В Африке, где 60% всех фермеров имеют в своем распоряжении менее одного гектара земли, у фермеров часто нет денег, чтобы купить такую продукцию. Кроме того, удобрения часто производятся крупными транснациональными корпорациями, которые доставляют их только оптом.

Именно здесь вступает в силу африканский проект Leap-Agri. В нем используется небольшой реактор для производства жидких азотных удобрений, которые может использовать любой фермер, имеющий доступ к солнечному свету и воде.

Хотя технология, лежащая в основе этого, довольно современная, сама установка достаточно низкотехнологичная. «Мы отправили систему, основанную на нашем плазменном реакторе, в Национальную организацию сельскохозяйственных исследований (NARO) в Уганде, которая раньше никогда не работала с плазменными технологиями, и они смогли производить удобрения», — говорит Фаусто Галлуччи, профессор кафедры. химической инженерии и химии.

«Наша система небольшая, простая и очень быстрая. После того, как вы включите ее, действительно пройдут секунды, прежде чем он начнет производить удобрения. Это также делает ее очень гибкой: вы запускаете ее только тогда, когда светит солнце, и вам нужны удобрения».

«На нашем мини-заводе используется плазменная технология. Плазма, как известно, является четвертым состоянием материи и состоит из ионизированных атомов и молекул. Вы можете быть знакомы с ним по молнии или неоновым вывескам, которые состоят из плазмы».

Плазма, используемая на заводе по производству удобрений, является нетепловой: в то время как электроны, управляющие реакцией, достигают чрезвычайно высоких температур, окружающий газ может оставаться относительно холодным. Это, конечно, экономит энергию.

Это делает плазменную технологию привлекательной альтернативой традиционному способу производства азотных удобрений, так называемому процессу Габера – Боша, который требует как высокого давления, так и высоких температур.

При производстве азотных удобрений в плазменном реакторе используется процесс, известный как фиксация азота. Хотя 78% воздуха состоит из N2, этот газ не вступает в реакцию с другими элементами (он химически инертен).

Фиксация азота решает эту проблему. Он преобразует азот (N2) из воздуха в NOx, который, в свою очередь, реагирует с кислородом и водой с образованием нитрата (NO3-). Затем его можно использовать в качестве ингредиента для жидких удобрений.

«Чтобы начать процесс преобразования», — объясняет Сируи Ли, исследователь из группы профессора Галлуччи, — молекулы N2 сначала должны быть «активированы» путем введения электрического заряда. Это гарантирует, что связи, удерживающие атомы азота вместе, будут разорваны, создав плазму».

В случае мини-завода Leap Agri электричество для генерации плазмы обеспечивается за счет солнечной энергии, дешевого и устойчивого источника, широко доступного в развивающихся странах.

Процесс очень эффективен: он производит жидкое удобрение с высоким уровнем нитратов, которое легко усваивается растениями. В Уганде исследователь Стелла Кабири провела анализ, который сравнил это удобрение с другими удобрениями на местном рынке. Результат показал, что содержание нитратов составило около 20%.

«Что еще более важно, жидкие удобрения можно производить на месте и по запросу, так что каждый фермер может выбрать именно то количество удобрений и содержание нитратов, которое ему нужно для своего урожая и участка земли», — говорит Сируи Ли.

В настоящее время стоимость мини-завода все еще довольно высока (около 70 000 евро), но Галуччи ожидает, что цена значительно снизится, когда он будет производиться в более крупных масштабах. «Однажды мелкие землевладельцы в Африке смогут покупать свои собственные единицы удобрений индивидуально или в складчину. После этого кооператив может сдать мини-завод в аренду своим членам или продать удобрения другим кооперативам».

Инфоиндустрия по материалам tue.nl