由尿液制成的肥料可以实现空间农业

电化学产生氨

用人类尿液施肥:来自日本的研究人员用电化学方法从尿液中制造氨,用于在太空种植植物。信贷:Freepik

东京科学大学的研究人员设计了一种新的电化学技术,从尿素制造氨基肥料。

从未来社会的角度来看,在极端封闭的环境中,如空间站,食品栽培和废物管理中的自给自足是至关重要的。然而,实现这一目标的技术仍然缺乏。在一项新的研究中,日本的科学家揭示了他们最近的突破:一种廉价而有效的方法,使液体肥料(氨)从简化的人工尿液中提供了一种生长的食物和治疗废物的理想双重目的。

在极端的环境中,即使是最普通的任务也可能成为无法克服的挑战。由于这些困难,人类在很大程度上定居在有利于收割庄稼、放牧和建造庇护所的土地上。但是,当我们寻求扩大人类探索的极限时,无论是在地球上还是在太空中,这一探索的先驱们无疑将面临种种不利于人类居住的条件。

这是任何有意长期定居所面临的首要挑战,无论是在南极还是在其他地方火星(也许在不久的将来),正在获得一定程度的自主权,使孤立的殖民地即使在供应出现灾难性失败的情况下也能生存下来。实现这种自主的关键是确保粮食充足和自给自足。因此,毫无疑问,空间农业技术是东京理工大学空间殖民地研究中心目前正在进行的研究课题之一。这里的研究人员希望引领安全、可持续太空农业的技术发展,其目标是让人类在一个极其封闭的环境(如空间站)中长期生存下去。

为此,由东京科学大学的副教授Norihiro Suzuki领导的日本研究团队进行了一项创新研究——这项研究以“信”的形式发表,并登上了著名杂志的封面新化学杂志yabovip2021皇家化学学会。yabovip2021在这项研究中,Suzuki博士及其团队旨在解决封闭环境中的食品生产问题,例如空间站。

意识到农民用动物废物作为肥料成千年,作为富含氮的源泉,铃木博士和他的团队一直在调查从尿素(尿液主要成分)制造它的可能性,使液体肥料。这也会同时解决人类废物处理或管理层的问题!正如铃木博士解释说,“从在常压和室温下使用普通设备从废物(如尿液)中制造有用产品(如氨)的角度来看,这个过程很有趣。”

包括日本ORC制造有限公司的冈崎昭弘、高木佳和Izumi Serizawa在内的研究小组设计了一种“电化学”方法,从人造尿液样本中提取铵离子(通常存在于标准肥料中)。他们的实验设置很简单:一边是一个“反应”电池,带有一个“掺硼金刚石”(BDD)电极和一个由二氧化钛制成的光诱导催化剂或“光催化剂”材料。另一方面,有一个带有简单铂电极的“计数器”电池。当电流进入反应池时,尿素被氧化,形成铵离子。铃木博士对这个突破的描述如下:“我加入了参与食品生产的‘太空农业团队’,我的研究专业是物理化学;yabovip2021因此,我想到了‘电化学’制造液体肥料的想法。”

然后,研究团队通过比较细胞与且没有其的反应,通过比较细胞的反应,检查细胞是否在光催化剂存在下更有效。他们发现,虽然尿素的初始耗竭或多或少相同,但在引入光催化剂时,产生的氮离子在时间和分布上变化。值得注意的是,在光催化剂存在下,亚硝酸盐和硝酸根离子的浓度不如升高。这表明存在光催化剂促进铵离子形成。

铃木博士国家,“我们计划用实际的尿样进行实验,因为它不仅含有主要元素(磷,氮,钾),而且含有对植物营养至关重要的二次元素(硫磺,钙,镁)!“因此,铃木博士和他的团队乐观地认为,这种方法为在封闭空间中制造液体肥料提供了坚实的基础。铃木博士所观察到的,“它将对维持长期停留在极端封闭的空间中有用的是有用的。”

居住火星的人类可能仍然是一个遥远的现实,但这项研究似乎似乎表明我们可以在我们实际到达的地方确保可持续性的路径!

参考文献:《用掺硼金刚石电极电化学氧化尿素形成铵离子》作者:Norihiro Suzuki, Akihiro Okazaki, Kai Takagi, Izumi Serizawa, Genji Okada, Chiaki Terashima, kenichi katsumati, Takeshi Kondo, Makoto Yuasa和Akira Fujishima, 2020年9月16日新化学杂志yabovip2021
DOI: 10.1039 / D0NJ03347B

1条评论在“由尿液制成的肥料可以实现空间农业”

  1. 使用人类尿液并不是什么新鲜事。上个世纪在印度的英国土壤科学家就提倡用它来帮助堆肥树叶等。
    我用它在种植西红柿中,并且有一个多产作物。将在明年中使用它在种植玉米中。通过向细菌提供氮气,帮助分解叶片。适度使用,以免以牺牲果实为代价促进叶片增长。

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