В Стэнфордском университете изобрели установку по извлечению азота из мочи. Питаясь от солнечной энергии, она вырабатывает готовое удобрение, решая проблему утилизации отходов человеческой жизнедеятельности и экономя фермерам большие деньги.
Пока построен прототип, пригодный к масштабированию. Результаты его испытаний опубликованы в журнале Nature Water.
«Этот проект направлен на превращение проблемы отходов в возможность получения ресурсов. С помощью этой системы мы улавливаем питательные вещества, которые в противном случае были бы смыты или нанесли бы вред окружающей среде, и превращаем их во что-то ценное — удобрение для сельскохозяйственных культур — и делаем это без необходимости доступа к электросети», — пояснил старший автор исследования Уильям Тарпе с кафедры химического машиностроения Стэнфордской школы инженерии.
Азотные удобрения делают на гигантских заводах в развитых странах. Их производство порождает углеродный след и экономическое неравенство. Между тем, если собрать мочу населения всего мира, содержащийся в ней азот мог бы удовлетворить примерно 14% годового спроса на удобрения.
Стэнфордская разработка извлекает из мочи газообразный аммиак в разделенных мембранами камерах, используя для этого выработанную солнечными батареями электроэнергию. Его пропускают через серную кислоту и получают раствор сульфата аммония — готовое к внесению в почву удобрение. На тыльной стороне солнечных панелей закреплен медный радиатор, который отводит тепло в электролизер. В результате ускоряется реакция и увеличивается КПД фотоэлектрических элементов.
«Каждый человек производит с мочой достаточно азота, чтобы удобрить сад, но большая часть мира зависит от дорогих импортных удобрений. Вам не нужен гигантский химический завод или даже розетка. При достаточном количестве солнечного света вы можете производить удобрения прямо там, где это необходимо, и, возможно, даже хранить или продавать излишки электроэнергии», — сказала ведущий автор исследования Ориса Кумбс с кафедры машиностроения Стэнфорда.
По расчетам исследователей, использование тепла, снятого с солнечных панелей, для нагрева жидкости, используемой в электрохимическом процессе, и управление током, подаваемым в электрохимическую систему, увеличивают выработку электроэнергии почти на 60% и улучшают эффективность извлечения аммиака более чем на 20% по сравнению с аналогами. Этим решением инженеры по праву гордятся, ведь иначе около 80% солнечной энергии, попадающей на солнечные панели, терялось бы, вызывая перегрев системы и снижение эффективности.
Разработчики подсчитали также, сколько денег можно сэкономить благодаря их детищу. Выгода составила от $2,18 за кг азота в США, где удобрения дешевле, а электричество дороже, до $4,13 все за тот же килограмм в Уганде, где цены на удобрения втрое выше, а устройство может работать автономно.
Установка приносит и экологическую пользу. По данным ООН, более 80% сточных вод не очищается, в основном в странах с низким и средним уровнем дохода. Азот из отходов загрязняет грунтовые воды и источники питьевой воды, усиливает цветение водоемов.
По словам Кумбс, она уже работает над следующей версией аппарата, которая будет иметь втрое большую реакторную мощность, сможет обрабатывать значительно больше мочи и будет работать быстрее при большем количестве солнечного света.
«Мы часто думаем о воде, еде и энергии как о совершенно отдельных системах, но это один из тех редких случаев, когда инженерные инновации могут помочь решить несколько проблем одновременно. Это чисто, масштабируемо и буквально работает на солнечной энергии», — заключила она.
Биохимики научились делать зубные импланты из человеческой мочи
Химики научились делать удобрения из воздуха
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram