Использование современной плазменной технологии для производства дешевых удобрений для мелких фермеров стало реальностью. Исследователи из Технологического университета Эйндховена построили небольшую плазменную установку, которая производит жидкие удобрения на основе азота только с использованием солнца, воды и воздуха.

Мини-завод по производству удобрений прост в настройке и очень эффективен. Ученые уже провели испытания в Уганде, результаты оказались успешными. Теперь исследователи планируют 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 Земле планете будет проживать 8,6 млрд человек, а в 2050 году — почти 10 млрд. Искусственные удобрения, в частности — азотные, играют ключевую роль в решении этой проблемы. Азот является одним из трех основных макроэлементов, используемых растениями для роста (наряду с фосфором и калием). В 2015 году примерно каждый второй человек получал пищу, выращенную с использованием азотных удобрений.

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

Мини-завод по изготовлению удобрений Leap-Agri пригодится как раз в таком случае. В его конструкции есть 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, приложение очень низкотехнологичное. Система небольшая, простая и очень быстрая. После включения она начнет производить удобрения за считанные секунды. В мини-заводе используется плазменная технология. Плазма является четвертым состоянием материи и состоит из ионизированных атомов и молекул.

Плазменный реактор, испытанный в Уганде. Предоставлено: Технологический университет Эйндховена.

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 экономит энергию.

Это делает плазменную технологию привлекательной альтернативой традиционному способу производства азота, так называемому процессу Габера – Боша, который требует как высокого давления, так и высоких температур. По оценкам, процесс Хабера-Боша потребляет от 1 до 2% всей мировой энергии, выбрасывая в воздух около 300 миллионов тонн двуокиси углерода ежегодно.

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). Это затрудняет использование растениями. Фиксация азота решает эту проблему. Он превращает азот (N₂) из воздуха в NO_x, который, в свою очередь, реагирует с кислородом и водой с образованием нитрата (NO₃). Затем его можно использовать в качестве ингредиента для жидких удобрений.

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

Этот процесс очень эффективен: он производит жидкое удобрение с высоким уровнем нитратов, которое легко усваивается растениями. В Уганде исследователь NARO Стелла Кабири провела анализ, который сравнил это удобрение с другими удобрениями на местном рынке. Результат показал, что содержание нитратов составило около 20 процентов, что на 14, 42 и 51 процентный пункт выше, чем у твердых удобрений, нитрата аммония, NPK и мочевины соответственно.

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.

В настоящее время стоимость мини-завода все еще довольно высока (около 70 000 евро), но ученые ожидают, что цена значительно снизится, когда он будет производиться в больших масштабах.