Новый прототип знаменует собой серьезный прорыв в области устойчивых технологий. Его ключевая задача — трансформация проблемы отходов в возможность получения жизненно важных ресурсов. Как пояснил старший автор исследования Уильям Тарпе, доцент кафедры химического машиностроения, система собирает питательные вещества, которые обычно попадают в окружающую среду, нанося ей вред, и преобразует их в нечто ценное для сельского хозяйства, причем делает это полностью автономно, без необходимости подключения к электросети.
Принцип работы установки основан на электрохимическом процессе. Она отделяет аммиак — ключевое азотное соединение — из мочи через систему камер, разделенных мембранами. Для этого используется электричество, генерируемое солнечными панелями, которое перемещает ионы и в конечном итоге улавливает аммиак в форме сульфата аммония, широко распространенного и эффективного удобрения. Инновационность подхода заключается в двойном использовании солнечной энергии. Помимо выработки электричества, система собирает отработанное тепло с тыльной стороны фотоэлектрических панелей с помощью медной трубки. Это тепло нагревает жидкость, ускоряя химические реакции и стимулируя образование газообразного аммиака, что критически важно для финальной стадии разделения. Система также охлаждает сами солнечные панели, повышая их КПД, так как они производят больше электроэнергии при более низких температурах.
Комбинация этих решений привела к впечатляющим результатам. Исследование демонстрирует, что использование отработанного тепла и интеллектуальное управление электрическим током увеличило общую выработку электроэнергии системой почти на 60% и повысило эффективность рекуперации ценного аммиака более чем на 20% по сравнению с предыдущими версиями прототипа. Это особенно важно, учитывая масштабы потерь — около 80% солнечной энергии, попадающей на панели, обычно рассеивается в виде тепла, перегревая систему и снижая ее эффективность.
Экономический потенциал технологии огромен, особенно для регионов с низким и средним уровнем дохода. Как отмечает ведущий автор работы, аспирант Ориса Кумбс, каждый человек производит с мочой достаточно азота, чтобы удобрить небольшой огород. Однако мир по-прежнему зависит от дорогостоящих и углеродоемких промышленных удобрений.
Ранее химики рассказали о возможности получать аммиак из воздуха с помощью молний.
