Учёные предложили экологичную технологию производства аммиака – компонента азотных удобрений. Электричество для синтеза будут вырабатывать солнечные панели, установленные прямо над сельскохозяйственными полями. Об этом сообщили в пресс-службе РНФ.
В аграрном секторе активно применяются удобрения с содержанием аммиака. Этот химический элемент служит для растений источником азота, который необходим для их роста и развития. На промышленных предприятиях аммиак производят из атмосферного азота и водорода. Газы нагревают до температуры 350–450 °С под высоким давлением в присутствии катализатора. Водород обычно получают из природного газа, что сопровождается выбросами углекислого газа, поэтому ученые ищут пути для повышения экологичности этого процесса.
Исследователи из МГТУ имени Н.Э. Баумана, Московского государственного университета путей сообщения и Технологического института Веллора (Индия) предложили альтернативный способ получения водорода — не из природного газа, а из воды. Для этого используется метод электролиза, при котором вода разлагается под воздействием электрического тока. Электричество для этого процесса можно генерировать непосредственно на полях с помощью солнечных панелей.
Идея использования сельскохозяйственных земель не только для выращивания растений и выпаса животных, но и для размещения солнечных панелей, получила название агривольтаики. Такие панели, установленные над полями, выполняют несколько функций: защищают растения от перегрева, снижают испарение влаги и предотвращают эрозию почвы под воздействием ветра. Это способствует повышению урожайности некоторых культур, например, винограда, в 1,7–2,8 раза.
Во время работы солнечные батареи генерируют избыточную электроэнергию, которую можно использовать для питания установок по разложению воды и получению водорода. Затем водород смешивают с азотом, добытым из воздуха, и синтезируют аммиак.
Разработчики создали экономическую модель и провели расчеты для России и Индии. Выяснилось, что небольшие установки, производящие до 3 тонн аммиака в год, не окупаются. Однако при увеличении объема производства до 150 тонн в год себестоимость аммиака приближается к рыночной цене. В России проект станет рентабельным при поддержке государства и инвесторов, которые построят солнечные станции. В Индии дополнительная поддержка практически не требуется, так как там много солнечных дней, и панели вырабатывают больше энергии, что снижает затраты.
«Сама концепция использования сельскохозяйственных земель не только для выращивания растений и выпаса скота, но и для установки «зеленых» источников энергии (в том числе солнечных панелей), называется агривольтаикой. Согласно исследованиям, в частности, подготовленному нами обзору, солнечные панели над полями служат своего рода «щитом» для угодий: они защищают растения от перегрева, уменьшают испарение влаги и замедляют эрозию почв из-за ветров. Это позволяет повысить урожайность некоторых культур, например винограда, в 1,7–2,8 раза», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Локтионов, кандидат технических наук, заведующий лабораторией «Зеленая энергетика» МГТУ имени Н.Э. Баумана.
Основное преимущество данной технологии заключается в её экологичности: водород получают методом электролиза, а электроэнергию обеспечивают солнечные панели, что полностью исключает выбросы парниковых газов. Более того, аммиак можно синтезировать практически в любом месте, используя лишь воду и воздух, что позволяет не зависеть от колебаний цен на удобрения и внешних поставок. В будущем исследователи намерены разрабатывать новые методы применения солнечной энергии непосредственно в сельскохозяйственных угодьях и интегрировать их в искусственный интеллект для внедрения агривольтаических систем. Работа поддержана грантом Российского научного фонда и опубликована в International Journal of Hydrogen Energy.
Удобрения важны для урожая — и учёные улучшают не только их производство, но и контроль качества. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные Пермского Политеха обучили нейросеть отслеживать ключевые параметры очистки руды и повысили точность контроля до 96%.