Устройство за 23 евро использует ультразвук для производства удобрений

Химики и инженеры из Университета Глазго нашли способ производить молекулы нитрата — важного питательного вещества для роста растений — используя только звуковые волны, воду и воздух.

Ученым удалось построить работающую демонстрационную установку размером с банку кофейных зерен примерно за 23 евро. Они заявили, что их прототипный процесс может быть масштабирован, чтобы позволить отдельным фермерам в будущем производить собственные удобрения.

Это, в свою очередь, может сократить углеродный след сельскохозяйственного сектора, который в настоящее время опирается на сложные, дорогие и работающие на ископаемом топливе заводы для крупномасштабного производства удобрений, таких как аммиак. Процесс Габера-Боша, который обеспечивает большую часть промышленного производства аммиака, создает около 2% годовых выбросов углерода в мире.

В новой статье, опубликованной в журнале Cell Reports Physical Science, команда описывает, как они использовали свое открытие для превращения азота из воздуха в нитрат.

Процесс начинается с барботирования воздуха через деионизированную воду в течение нескольких минут для растворения азота и кислорода. Затем они используют сфокусированные волны ультразвука для создания крошечных пузырьков в воде, которые колеблются в ультразвуковом поле.

Когда пузырьки колеблются, они нагреваются. Экстремальные условия внутри пузырьков разрывают молекулы азота и соединяют их с кислородом, в конечном итоге производя молекулы нитрата.

Команда экспериментировала с различными методами использования ультразвука для получения нитрата, используя высокоскоростную камеру для наблюдения за колебаниями и схлопыванием пузырьков. Они обнаружили, что четыре миллисекундных импульса ультразвука, запускаемых каждые 80 миллисекунд, давали наилучшие результаты.

Несмотря на успех, команда ученых признает, что их прототип в настоящее время использует пропорционально больше энергии, чем процесс Габера-Боша, и что необходимы дальнейшие исследования, чтобы продемонстрировать, что производимый им нитрат может эффективно использоваться для выращивания растений.

«Мы планируем провести следующие 12 месяцев, интенсивно работая над усовершенствованием процесса, который мы разработали, и сократить количество требуемой ему энергии», — сказал доктор Пол Прентис из Школы инженерии Джеймса Уотта Университета Глазго, другой автор-корреспондент статьи.

Профессор Саймс поручил своему коллеге доктору Лукману Юсуфу, ведущему автору статьи, построить работающую систему производства нитрата как можно дешевле с использованием готовых компонентов. Доктору Юсуфу удалось построить работающую демонстрационную установку размером с банку кофейных зерен примерно за 20 фунтов стерлингов.