Ученые ищут новые способы развития космического сельского хозяйства: удобрения из мочевины
В экстремальных условиях даже самые обычные задачи могут показаться непреодолимыми. Из-за различных трудностей человечество по большей части обосновалось на землях, благоприятных для сбора урожая, выпаса скота и строительства жилищ. Но по мере того, как мы стремимся расширить границы человеческих исследований как на Земле, так и в космосе, люди, первопроходцы в этих поисках, столкнутся с условиями, которые невозможны для благополучного поселения людей.
Одна из основных проблем, с которой сталкивается любое предполагаемое долгосрочное поселение, будь то в Антарктике или на Марсе — это достижение определенной степени автономии, чтобы изолированные колонии могли выжить даже в случае потери обеспечения продуктами с земли. И ключом к достижению этой автономии является обеспечение достаточного питания самостоятельно. Поэтому неудивительно, что космические сельскохозяйственные технологии являются одной из тем исследований, которыми в настоящее время занимается Исследовательский центр космических колоний при Токийском университете науки. Здешние исследователи надеются возглавить технологическое развитие безопасного и устойчивого космического сельского хозяйства с целью поддержания людей в течение длительного времени в чрезвычайно закрытой среде, такой как космическая станция.
С этой целью группа японских исследователей под руководством младшего профессора Норихиро Судзуки из Токийского научного университета провела новаторское исследование — оно опубликованное как «Письмо», попало на обложку престижного журнала New Journal of Chemistry, Королевского химического общества. В этом исследовании доктор Сузуки и его команда стремились решить проблему производства продуктов питания в закрытых помещениях, например, на космической станции.
Понимая, что фермеры тысячелетиями использовали отходы животноводства в качестве удобрения, богатого источника азота, доктор Сузуки и его команда изучали возможность производства жидкого удобрения из мочевины (основного компонента мочи). Это также одновременно решило бы проблему утилизации человеческих отходов в космосе.
«Этот процесс представляет интерес с точки зрения получения полезного продукта, например, аммиака, из отходов, например мочи, с использованием обычного оборудования при атмосферном давлении и комнатной температуре», — объясняет доктор Сузуки.
Исследовательская группа, в которую также входят Акихиро Окадзаки, Кай Такаги и Изуми Серизава из ORC Manufacturing Co. Ltd., Япония, разработала «электрохимический» процесс получения ионов аммония (обычно присутствующих в стандартных удобрениях) из искусственного образца мочи. Их экспериментальная установка была простой: с одной стороны, была «реакционная» ячейка с электродом из «легированного бором алмаза» (BDD) и светоиндуцируемым катализатором или материалом «фотокатализатор» из диоксида титана. На другом — «счетчик» с простым платиновым электродом. По мере прохождения тока в реакционную ячейку мочевина окисляется, образуя ионы аммония.
«Я присоединился к компании Space Agriteam, занимающейся производством продуктов питания, Моя исследовательская специализация — физическая химия; поэтому мне пришла в голову идея «электрохимического» приготовления жидкого удобрения », — описывает этот прорыв в науке д-р Сузуки.
Затем исследовательская группа проверила, будет ли ячейка более эффективной в присутствии фотокатализатора, сравнив реакцию ячейки с ним и без него. Они обнаружили, что хотя начальное истощение мочевины было более или менее одинаковым, образующиеся ионы на основе азота варьировались как по времени, так и по распределению, когда был введен фотокатализатор. Примечательно, что концентрация нитрит- и нитрат-ионов не была повышенной в присутствии фотокатализатора. Это предполагает, что присутствие фотокатализатора способствует образованию иона аммония.
«Мы планируем провести эксперимент с реальными образцами мочи, потому что она содержит не только первичные элементы (фосфор, азот, калий), но и вторичные элементы (сера, кальций, магний), которые жизненно важны для питания растений», — сказал доктор Сузуки.
Поэтому доктор и его команда оптимистично настроены в отношении того, что этот метод обеспечивает прочную основу для производства жидких удобрений в закрытых помещениях, и, как отмечает д-р Сузуки, «он окажется полезным для длительного пребывания в чрезвычайно закрытых помещениях, таких как космические станции».
Люди, населяющие Марс, все еще могут быть довольно далекой реальностью, но это исследование, несомненно, предполагает, что мы могли бы быть на пути к обеспечению устойчивости в космосе еще до того, как действительно доберемся туда!
Источник: Токийский Университет, фото: pixabay.com
