Новый электрохимический метод извлекает удобрения из навоза

Междисциплинарная группа учёных из Висконсинского университета в Мадисоне разработала новую технику, которая поможет фермерам извлекать полезные питательные вещества, такие как аммиак и калий, из навоза для эффективного производства удобрений и других химических продуктов.

Проблема и решение

• Проблема: Навоз содержит аммиак (NH₃), который является загрязнителем воздуха, источником парникового газа N₂O и нитратов, загрязняющих воду. Промышленное производство аммиака (процесс Габера-Боша) энергозатратно и создаёт выбросы.
• Решение: Электрохимический метод с использованием специального никелевого электрода, который помещается непосредственно в сточные воды навоза.

Как работает метод

1. Органическое вещество в навозе естественным образом окисляется на электроде.
2. Ионы аммония (NH₄⁺) и калия (K⁺) из сточных вод селективно захватываются электродом.
3. Загруженный питательными веществами электрод помещается в устройство, где с помощью электричества высвобождаются восстановленные ионы.
4. Эти ионы можно использовать для производства азотных и калийных удобрений, одновременно получая другие полезные продукты (например, водородное топливо или перекись водорода H₂O₂).

Результаты и перспективы

• Эффективность: В испытаниях с малыми количествами навоза было восстановлено более 50% аммиака за первый проход и около 85% — после двух циклов.
• Экологический анализ (для фермы на 1000 голов КРС) показал потенциальное сокращение выбросов аммиака более чем на 50% и значительное снижение попадания нитратов в водоёмы.
• Экономический анализ указывает, что доходы от системы могут превышать операционные затраты, если цены на электроэнергию не будут чрезмерными.

Техника, описанная в статье в журнале Nature Sustainability, нуждается в масштабировании и дальнейшем изучении в условиях, приближенных к реальным животноводческим хозяйствам. Исследователи считают её многообещающим способом сократить загрязнение и создать ценную продукцию.