Устройство стоимостью всего 20 фунтов стерлингов, способное производить удобрения путем обработки воды ультразвуком, может кардинально изменить цепочки поставок в сельском хозяйстве, особенно в отдаленных районах. Химики и инженеры из Университета Глазго разработали метод получения молекул нитрата — ключевого питательного вещества для роста растений — используя только звуковые волны, воду и воздух.
Процесс, описанный в научном журнале Cell Reports Physical Science, начинается с насыщения деионизированной воды воздухом. Затем с помощью сфокусированных ультразвуковых волн в воде создаются крошечные пузырьки. Под воздействием ультразвукового поля они начинают интенсивно колебаться и нагреваться. В момент схлопывания температура внутри пузырьков может достигать 5000 °C, что сравнимо с температурой на поверхности Солнца. Такие экстремальные условия разрывают молекулы азота и соединяют их с кислородом, в результате чего образуются нитраты.
Эта технология может привести к децентрализации производства удобрений, позволив фермерам самостоятельно обеспечивать свои нужды по первому требованию. Такой подход способен значительно сократить углеродный след аграрного сектора, который сегодня зависит от сложных, дорогих и энергозатратных заводов. Для сравнения, на долю промышленного процесса Габера-Боша, основного метода производства аммиака, приходится около 2% мировых выбросов углекислого газа.
Команде удалось собрать рабочий демонстрационный образец размером с банку из-под кофе, используя общедоступные компоненты. В ходе лабораторных испытаний за восемь минут было получено около 40 микромолей нитрата в 20 мл воды. Хотя концентрация пока невелика, ученые уверены, что процесс можно оптимизировать и масштабировать для получения объемов, пригодных для сельского хозяйства.
Профессор Марк Саймс из Школы химии Университета Глазго отмечает: «Мы хотели понять, можно ли создать что-то, что обеспечит потребности одного фермера с минимальными капиталовложениями. Наша надежда в том, что это приведет к значительной децентрализации производства удобрений, позволяя фермерам в развивающихся странах кормить свои посевы, нажав на кнопку и позволив ультразвуку сделать все остальное».
Исследователи признают, что их прототип на данный момент потребляет пропорционально больше энергии, чем процесс Габера-Боша, и предстоят дальнейшие исследования, чтобы доказать эффективность полученного нитрата для роста растений. «Наш план на ближайшие 12 месяцев — интенсивная работа по усовершенствованию процесса и снижению его энергопотребления», — говорит доктор Пол Прентис из Инженерной школы Джеймса Уатта. Команда также намерена создать прототипы для непрерывного производства нитратов и определить, насколько эффективны они будут для реального применения в агросекторе.