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天然ガスを使わない鉱物肥料：どのように機能するのでしょうか？

施肥にはAHL窒素肥料などの液体肥料。スタンフォード大学の化学者らによると、将来的には農家が必要なアンモニアを空気中から自ら入手できるようになるという。 20 世紀初頭の最初の合成以来、無機窒素肥料は世界の食糧供給の確保に決定的な貢献をし、収量の安定性の向上を通じて文字通り農業に革命をもたらしました。高いエネルギー要件に対する批判しかし、ドイツの化学者フリッツ・ハーバーとカール・ボッシュが1908年に特許を取得し、二人の名前にちなんで名付けられたハーバー・ボッシュ法には欠点がある。大気中の窒素からアンモニア (NH3) を工業的に生産するには、150 ～ 350 bar の圧力と 400 ～ 500 °C の温度が必要となり、大量のエネルギーが必要になります。鉱物肥料の生産に世界中で必要な天然ガスは、現在、世界のエネルギー需要の 2 パーセント、世界の CO2 排出量の 1 パーセントを占めると言われています。米国カリフォルニア州のスタンフォード大学では、気候変動の時代にこれを受け入れたくありませんでした。サウジアラビアの「キング・ファハド石油鉱物資源大学」と共同で、スタンフォード大学の化学者が率いる研究者チームがリチャード・ザレアンモニアの生成というテーマを詳しく調べ、まったく新しい製造プロセスを開発しました。彼らは最近、科学雑誌「Science Advances」でその驚くべき成果を発表しました。集中力が低く、努力も少ないそこで科学者らは、単に水蒸気からアンモニアを生成し、空気から直接窒素を生成する 2 つのプロトタイプを開発しました。それは次のように機能するはずです。化学者は、アンモニアが生成される可能な限り低いエネルギー消費量を決定しました。吸引ポンプが水蒸気を含む周囲空気を常に供給する触媒として機能する特別なネットワークでは、圧力を高めることなく接触帯電が起こり、アンモニアが合成されるのに十分なエネルギーが供給されます。得られたアンモニアが豊富な水溶液は、次に凝縮器プレートによって収集され、チャンバー内の空気および水蒸気から分離されます。出典: SONG ET AL.、STANFORD UNIVERSITY 大気窒素生成プラントの詳細。実験室の条件下では、化学者らは温室植物を肥やすのに十分なアンモニア濃度を2時間以内に達成した。窒素要求量がより高い植物の場合、特殊な岩石であるゼオライトで作られたフィルターを使用すると、より高い濃度が得られます。現在、フィールドテストも実施中です。「この画期的な進歩により、空気中の窒素を利用してアンモニアを持続的に生成できるようになります」とザレ教授は確信しています。 2…

執筆 nipponese 更新 2025年1月11日

施肥にはAHL窒素肥料などの液体肥料。スタンフォード大学の化学者らによると、将来的には農家が必要なアンモニアを空気中から自ら入手できるようになるという。

20 世紀初頭の最初の合成以来、無機窒素肥料は世界の食糧供給の確保に決定的な貢献をし、収量の安定性の向上を通じて文字通り農業に革命をもたらしました。

高いエネルギー要件に対する批判

しかし、ドイツの化学者フリッツ・ハーバーとカール・ボッシュが1908年に特許を取得し、二人の名前にちなんで名付けられたハーバー・ボッシュ法には欠点がある。大気中の窒素からアンモニア (NH3) を工業的に生産するには、150 ～ 350 bar の圧力と 400 ～ 500 °C の温度が必要となり、大量のエネルギーが必要になります。鉱物肥料の生産に世界中で必要な天然ガスは、現在、世界のエネルギー需要の 2 パーセント、世界の CO2 排出量の 1 パーセントを占めると言われています。米国カリフォルニア州のスタンフォード大学では、気候変動の時代にこれを受け入れたくありませんでした。サウジアラビアの「キング・ファハド石油鉱物資源大学」と共同で、スタンフォード大学の化学者が率いる研究者チームが リチャード・ザレ アンモニアの生成というテーマを詳しく調べ、まったく新しい製造プロセスを開発しました。彼らは最近、科学雑誌「Science Advances」でその驚くべき成果を発表しました。

集中力が低く、努力も少ない

そこで科学者らは、単に水蒸気からアンモニアを生成し、空気から直接窒素を生成する 2 つのプロトタイプを開発しました。それは次のように機能するはずです。化学者は、アンモニアが生成される可能な限り低いエネルギー消費量を決定しました。吸引ポンプが水蒸気を含む周囲空気を常に供給する触媒として機能する特別なネットワークでは、圧力を高めることなく接触帯電が起こり、アンモニアが合成されるのに十分なエネルギーが供給されます。得られたアンモニアが豊富な水溶液は、次に凝縮器プレートによって収集され、チャンバー内の空気および水蒸気から分離されます。

出典: SONG ET AL.、STANFORD UNIVERSITY 大気窒素生成プラントの詳細。

実験室の条件下では、化学者らは温室植物を肥やすのに十分なアンモニア濃度を2時間以内に達成した。窒素要求量がより高い植物の場合、特殊な岩石であるゼオライトで作られたフィルターを使用すると、より高い濃度が得られます。現在、フィールドテストも実施中です。「この画期的な進歩により、空気中の窒素を利用してアンモニアを持続的に生成できるようになります」とザレ教授は確信しています。

2 つのバリエーション

出典: SONG ET AL.、スタンフォード大学モバイルプロトタイプはすでに屋外でテストされています。

2 種類のシステムが実装されました。1 つは周囲からの風のみを駆動源とするモバイルデバイスで、もう 1 つは据え置き型で、将来の大容量化にも適しています。後者は、電動膜ポンプと密閉水回路のおかげで、化石エネルギーなしでも動作します。

液体肥料は最初はガラスの下のみ

研究者らが希望通りに進めば、彼らのシステムのモバイル版は最初にガラスハウスの灌漑システムに統合される予定だ。また、水耕栽培プロセス、つまり栄養溶液中での野菜作物の栽培にも最適です。研究著者らは、2～3年以内に市場が成熟することを目指している。しかし、米国の研究者らが認めているように、農業の場合はさらに時間がかかる可能性があります。「現在のシステムは非常に原始的であり、農業と産業の要件を満たすには改善する必要があります。しかし、彼らは、With が「適切」であると確信しています。テクノロジー」の大幅な増加はまだ可能です。そうすれば、「グリーン」窒素肥料の生産を妨げるものは何もなくなります。

したがって、耕作可能な農家は、おそらく必要な肥料を独立して生産できるようになるまで、さらに数年間辛抱する必要があるでしょう。それまでは、AHL 液体肥料 (硝酸アンモニウム – 尿素溶液) を使用して、液体肥料のプロセスに慣れる機会を提供します。たとえその窒素成分が実証済みのハーバー・ボッシュプロセスから得られたものであっても。