讓電視更好看的等離子技術,還能解決世界一大難題_風聞
Science_北京-不惧过往,不畏将来!2021-02-22 13:53


新研發的小型等離子設備可以只使用太陽光、水和空氣生產氮基液體肥料。
正在勞作的烏干達農民。
用最先進的等離子技術為農民提供廉價肥料?這聽上去像是在變魔術。phys.org網站當地時間2月18日報道,荷蘭埃因霍温理工大學(TU/e)的研究人員研發了一種小型等離子設備,它能只利用太陽光、水和空氣生產氮基液體肥料。
TU/e研究人員Fausto Gallucci教授與非洲、德國和葡萄牙的合作伙伴已經在烏干達成功完成了裝置測試。他説:“這種等離子動力裝置裝配簡單、可持續性好,並且非常高效。我們希望將這種微型裝置推向市場,造福世界各地的農民。”
不斷增長的世界人口對糧食產量形成了巨大挑戰。據預測,到2030年,地球人口將達到86億,到2050年將接近100億。人工肥料,尤其是含氮肥料,是確保糧食穩產、增產的重要保障。2015年,每兩個人中就有一個人食用氮基肥料種植的食物。在未來幾年中,這一比例還可能繼續攀升。
人工肥料在發達國家的應用非常廣泛,在發展中國家的應用卻並不普遍。在非洲,60%左右的農民只有不到一公頃的可支配土地。貧窮的非洲農民沒有富餘資金去購買化肥。
等離子體設備是如何工作的呢?Gallucci説:“小型肥料機使用的是非熱等離子體技術。等離子體是物質的第四種狀態,由電離的原子和分子構成。當驅動反應的電子達到極高温度時,其周圍的氣體仍然能夠保持相對低温。這當然會非常節能。”
在烏干達測試的等離子體反應器。
用等離子體反應器製造氮肥的過程涉及固氮作用。雖然空氣中有78%的氣體是氮氣,但氮氣的化學惰性使其無法與其他元素髮生反應。固氮作用解決了化學惰性問題,它將氮氣轉化為氮氧化物,氮氧化物與氧氣和水反應生產硝酸鹽。硝酸鹽是液態氮肥的主要成分之一。
Gallucci教授團隊研究人員Sirui Li説:“要啓動轉化過程,首先必須引入電荷來‘激活’氮氣分子。”產生等離子體的電能由太陽能提供,這是在發展中國家能夠廣泛使用的廉價可持續能源。用太陽能推動肥料機是非常高效的,它製造出的富含硝酸鹽的液態肥料很容易被作物吸收。
在烏干達,研究人員將硝酸鹽肥料與市售氮肥進行了比較分析,發現前者的氮含量高達20%,比固體肥料硝酸銨、氮磷鉀和尿素分別高14、42和51個百分點。Li説:“更重要的是,液體肥料可以就地按需生產。這樣,每個農民都可以精確地選擇作物和肥料量。”
目前,等離子體肥料機的成本仍然很高(接近7萬歐元),但Gallucci教授認為,隨着設備的大規模生產,其價格將大幅降低。他説:“在未來,非洲的小農户們能單獨或集體購買肥料機。隨後,集體可以將肥料機租給農民,或者直接將肥料出售給其他村莊。”
編譯:雷鑫宇
審稿:西莫
責編:陳之涵
期刊來源:埃因霍温理工大學
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https://phys.org/news/2021-02-plasma-technology-world.html
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