Інновація: добрива з повітря
Хіміки зі Стенфордського університету та Університету нафти і мінералів імені короля Фахда в Саудівській Аравії розробили новий метод виробництва аміаку — ключового компонента азотних добрив — безпосередньо з повітря та води, без використання викопного палива та шкідливих викидів.
Дослідники створили портативний пристрій, який виробляє аміак, пропускаючи повітря, збагачене водяною парою, через сітку, покриту каталізатором. Цей процес відбувається при кімнатній температурі та атмосферному тиску, без потреби в додатковій енергії чи випромінюванні. Вперше технологію було протестовано не лише в лабораторії, а й у польових умовах.
Як це працює?
Основою технології є мікрокраплі води, які при контакті з каталізатором — магнетитом (Fe₃O₄) у поєднанні з полімером Nafion — утворюють перекис водню та атомарний кисень. Ці активні частинки розривають міцні зв'язки молекул азоту (N₂) з повітря, сприяючи утворенню аміаку (NH₃). Вчені використовували графітову сітку, покриту каталізатором, через яку проходить повітря з водяною парою, утворюючи мікрокраплі. Результатом є аміак, який може бути використаний як добриво для рослин.
Схема виробництва «зеленого» аміаку на місці:
(А) Схематичне зображення пристрою для локального виробництва аміаку, що складається з каталізаторної сітки, охолоджувальної конденсаторної пластини для збору зразка води та колектора. Природний вітер і вбудований у пристрій вентилятор забезпечують відповідно пасивну й активну рушійну силу, яка сприяє проходженню водяної пари та азоту з повітря через каталізаторну сітку.
(B) Фотографія пристрою в роботі на території кампусу Стенфордського університету.
Екологічна альтернатива
Традиційний метод виробництва аміаку — процес Габера-Боша — вимагає високих температур і тиску, споживає близько 2% світової енергії та спричиняє приблизно 1% глобальних викидів CO₂ щорічно. Нова технологія працює без використання викопного палива, зменшуючи вуглецевий слід та енергоспоживання.
Застосування в сільському господарстві
Портативний пристрій може бути встановлений безпосередньо в теплицях або на полях, забезпечуючи рослини аміаком на місці. Після двох годин роботи пристрою концентрація аміаку досягає рівня, достатнього для гідропонного вирощування культур.
Перспективи та подальші дослідження
Дослідники планують масштабувати технологію для промислового виробництва аміаку, що може знайти застосування не лише в сільському господарстві, а й як енергоносій у транспорті та енергетиці. Очікується, що комерційне впровадження технології може відбутися протягом найближчих 2–3 років.
Ця інновація відкриває нові можливості для сталого сільського господарства та зменшення залежності від викопного палива, сприяючи боротьбі зі змінами клімату.