Когда унитаз становится фермой: как инженеры учат мир не выбрасывать богатства

В Стэнфордском университете изобрели уникальную установку, которая способна извлекать азот из мочи, используя солнечную энергию. Эта инновационная разработка не только решает проблему утилизации отходов, но и предлагает экономически выгодное решение для фермеров.

"Этот проект направлен на превращение проблемы отходов в возможность получения ресурсов. С помощью этой системы мы улавливаем питательные вещества, которые в противном случае были бы смыты или нанесли бы вред окружающей среде, и превращаем их во что-то ценное — удобрение для сельскохозяйственных культур — и делаем это без необходимости доступа к электросети", — пояснил старший автор исследования Уильям Тарпе, что подчеркивает важность разработки.

Азотные удобрения традиционно производятся на гигантских заводах в развитых странах, что влечет за собой значительный углеродный след и способствует экономическому неравенству, что имеет негативные последствия.

Потенциал мочи: удовлетворение спроса на удобрения

Между тем, если собрать мочу населения всего мира, содержащийся в ней азот мог бы удовлетворить примерно 14% годового спроса на удобрения. Это подчеркивает масштаб проблемы и открывающиеся возможности.

Стэнфордская разработка извлекает из мочи газообразный аммиак в разделенных мембранами камерах, используя для этого выработанную солнечными батареями электроэнергию. Это инновационный подход.

Его пропускают через серную кислоту и получают раствор сульфата аммония — готовое к внесению в почву удобрение, что упрощает процесс.

Радиатор на солнечных панелях: увеличение эффективности

На тыльной стороне солнечных панелей закреплен медный радиатор, который отводит тепло в электролизер. В результате ускоряется реакция и увеличивается КПД фотоэлектрических элементов. Это эффективное решение.

"Каждый человек производит с мочой достаточно азота, чтобы удобрить сад, но большая часть мира зависит от дорогих импортных удобрений. Вам не нужен гигантский химический завод или даже розетка. При достаточном количестве солнечного света вы можете производить удобрения прямо там, где это необходимо, и, возможно, даже хранить или продавать излишки электроэнергии", — сказала ведущий автор исследования Ориса Кумбс, что добавляет практичности.

По расчетам исследователей, использование тепла, снятого с солнечных панелей, для нагрева жидкости, используемой в электрохимическом процессе, и управление током, подаваемым в электрохимическую систему, увеличивают выработку электроэнергии почти на 60%. Это значительно улучшает процесс.

Также улучшают эффективность извлечения аммиака более чем на 20% по сравнению с аналогами, что является очень важным.

Предотвращение перегрева: защита от потерь энергии

Этим решением инженеры по праву гордятся, ведь иначе около 80% солнечной энергии, попадающей на солнечные панели, терялось бы, вызывая перегрев системы и снижение эффективности. Это важный момент.

Разработчики подсчитали также, сколько денег можно сэкономить благодаря их детищу. Выгода составила от $2,18 за кг азота в США, где удобрения дешевле, а электричество дороже, до $4,13 все за тот же килограмм в Уганде, где цены на удобрения втрое выше, а устройство может работать автономно. Это показывает экономическую эффективность.

Экологическая польза: борьба с загрязнением

Установка приносит и экологическую пользу. По данным ООН, более 80% сточных вод не очищается, в основном в странах с низким и средним уровнем дохода, что является проблемой.

Азот из отходов загрязняет грунтовые воды и источники питьевой воды, усиливает цветение водоемов, что создает экологическую угрозу.

По словам Кумбс, она уже работает над следующей версией аппарата, которая будет иметь втрое большую реакторную мощность, сможет обрабатывать значительно больше мочи и будет работать быстрее при большем количестве солнечного света. Это говорит о перспективах.

"Мы часто думаем о воде, еде и энергии как о совершенно отдельных системах, но это один из тех редких случаев, когда инженерные инновации могут помочь решить несколько проблем одновременно. Это чисто, масштабируемо и буквально работает на солнечной энергии", — заключила она, подчеркивая важность инноваций.

Интересные факты о моче:

Моча на 95% состоит из воды.
В моче содержатся различные минералы и микроэлементы.
В древности моча использовалась в медицине и для изготовления красителей.

Инновационная разработка Стэнфордского университета представляет собой перспективное решение проблемы утилизации отходов и производства удобрений. Использование солнечной энергии делает ее экологически чистой и экономически выгодной, открывая новые возможности для развития сельского хозяйства и охраны окружающей среды.