Brug af plasmateknologi til at fodre verden

Brug af state-of-the-art plasmateknologi til at lave billig gødning til små landmænd kan lyde som magi, men det er nu blevet virkelighed. Forskere ved Eindhoven teknologiske universitet (TU/e) har bygget et lille plasmadrevet anlæg, der producerer nitrogenbaseret flydende gødning kun ved hjælp af sol, vand og luft. "Anlægget er let at oprette, bæredygtig og meget effektiv, "siger TU/e ​​-forsker Fausto Gallucci, der sammen med partnere i Afrika, Tyskland og Portugal har foretaget succesfulde test af enheden i Uganda. "Vi vil nu bringe mini-anlægget på markedet, så det bliver tilgængeligt for landmænd rundt om i verden. "

At fodre en voksende verdensbefolkning er en kæmpe udfordring. Prognoser siger, at der vil være 8,6 milliarder mennesker på vores planet i 2030, og næsten 10 milliarder i 2050. Kunstgødning, især nitrogenbaseret gødning spiller en central rolle i mødet med denne udfordring.

Vital nitrogen

Kvælstof er en af ​​de tre vigtigste makronæringsstoffer, der bruges af planter til at vokse (ved siden af ​​fosfor og kalium. I 2015 blev omkring hver anden mennesker fodret med mad, der blev dyrket ved hjælp af nitrogenbaseret gødning, en andel, der forventes at stige i de kommende år.

Selvom den er bredt tilgængelig i den udviklede verden, kunstgødning er ikke så almindelig i udviklingslandene. I Afrika, hvor 60 procent af alle landmænd har mindre end en hektar jord til rådighed, landmænd har ofte ikke penge til at købe tingene. Ud over, gødning produceres ofte af store multinationale selskaber, som kun leverer i løs vægt og fra centrale steder.

Lavteknologisk

Det er her, Afrika-projektet Leap-Agri kommer ind. Det bruger en lille reaktor til at lave flydende nitrogenbaseret gødning, der kan bruges af enhver landmand, der har adgang til sollys og vand.

Selvom teknologien bag det er helt topmoderne, applikationen er meget lavteknologisk. "Vi sendte et system baseret på vores plasma -reaktor til National Agricultural Research Organization (NARO) i Uganda, der aldrig havde arbejdet med plasmateknologi før, og de var i stand til at producere gødning inden for en måned, "siger Fausto Gallucci, professor ved instituttet for kemiteknik og kemi.

"Vores system er lille, enkelt og meget hurtigt. Når du tænder det, det er virkelig et spørgsmål om sekunder, før det begynder at producere gødning. Dette gør det også meget fleksibelt:du kører det kun, når solen skinner, og du har brug for gødning. "

Fedt plasma

Så hvordan fungerer denne enhed? Professor Gallucci forklarer:"Vores mini-anlæg bruger plasma-teknologi. Plasma, som du ved, er stofets fjerde tilstand og består af ioniserede atomer og molekyler. Du kender det måske fra lyn eller neonskilte, som begge består af plasma. "

Plasmaet, der bruges i gødningsanlægget, er ikke-termisk:mens elektronerne, der driver reaktionen, når ekstremt høje temperaturer, den gas, der omgiver, kan forblive relativt kølig. Dette sparer naturligvis energi.

Det gør plasmateknologi til et attraktivt alternativ til den traditionelle måde at producere nitrogen, den såkaldte Haber-Bosch-proces, hvilket kræver både højt tryk og høje temperaturer. Det anslås, at Haber-Bosch-processen forbruger 1 til 2% af verdens samlede energi, udleder omkring 300 millioner tons CO ₂ hvert år i luften.

Fastsættelse af nitrogen

At fremstille nitrogenbaseret gødning i en plasma-reaktor involverer en proces kendt som nitrogenfiksering. Mens 78 procent af luften består af N2, gassen reagerer ikke med andre grundstoffer (den er kemisk inaktiv). Dette gør det svært for planter at bruge.

Nitrogenfiksering løser dette problem. Det omdanner nitrogen (N ₂ ) fra luften til NOx, som igen reagerer med ilt og vand for at danne nitrat (NO _{3 -} ). Dette kan derefter bruges som ingrediens til flydende gødning.

"For at få konverteringsprocessen startet, "forklarer Sirui Li, forsker i gruppen af ​​professor Gallucci, "derefter ₂ molekyler skal først 'aktiveres' ved at indføre en elektrisk ladning. Dette sikrer, at bindingerne, der holder nitrogenatomerne sammen, brydes, skabe et plasma. "

I tilfælde af Leap Agri mini-anlæg, elektriciteten til plasmaproduktion leveres af solenergi, en billig og bæredygtig kilde, der er bredt tilgængelig i udviklingslande.

Effektiv og tilgængelig

Processen er yderst effektiv:den producerer flydende gødning med et højt nitratniveau, der let kan assimileres af planter. En analyse blev foretaget i Uganda af NARO -forsker Stella Kabiri, der sammenlignede denne gødning med anden gødning på det lokale marked. Resultatet viste, at nitratindholdet var omkring 20 procent, hvilket er 14, 42 og 51 procentpoint højere end den faste gødning Ammoniumnitrat, Henholdsvis NPK og urinstof.

"Vigtigere, flydende gødning kan produceres på stedet og efter behov så hver landmand kan vælge præcis den mængde gødning og nitratindhold, hun har brug for til sin afgrøde og jord, "siger Sirui Li.

På nuværende tidspunkt er omkostningerne ved mini-anlægget stadig ret høje (omkring 70, 000 euro), men Gallucci forventer, at prisen vil falde betydeligt, når den bliver produceret i større skala. "En dag, småbrugere i Afrika vil kunne købe deres egen gødningsenhed, enten individuelt eller samlet som landsby. Kollektivet kan derefter leje mini-anlægget ud til deres medlemmer, eller sælgødningen til andre landsbyer. "