Портативное плазменное устройство для удобрений
Учёные в Японии создали портативное плазменное устройство, превращающее воздух в удобрение, и успешно использовали его для выращивания рисовой рассады в имитированном лунном грунте. Разработка может стать ключевым элементом будущего лунного сельского хозяйства и одновременно помочь сделать земное производство продовольствия более устойчивым за счёт отказа от ископаемого сырья при получении азотных удобрений.
Исследование, опубликованное в научном журнале npj Microgravity, проведено коллективом учёных Тохокского университета и Японского аэрокосмического агентства (JAXA). Учёные поставили перед собой задачу воспроизвести условия выращивания растений в условиях, приближённых к лунной поверхности, где основной проблемой является отсутствие плодородного органического слоя и практически полное отсутствие доступных форм азота — аммиака и нитратов.
Для решения этой проблемы создана энергоэффективная плазменная технология, которая из атмосферного воздуха при помощи электричества синтезирует газ диазотпентаоксид (N2O5). Устройство потребляет менее 100 ватт электроэнергии — мощность, сравнимую с яркой лампой накаливания. Полученный газ почти полностью растворяется в воде и образует нитраты (NO3–), форму азота, которую растения легко усваивают.
Как отметил Тоширо Канэко, профессор Инженерной школы Тохокского университета и соавтор исследования, плазменный процесс селективно синтезирует N2O5 при низком энергопотреблении и обеспечивает почти 100‑процентную эффективность растворения в воде. Авторы проверили пригодность полученной нитратной воды в качестве локального азотного удобрения для выращивания рисовой рассады в лунном реголите-симулянте. Результаты оказались положительными: обработка нитратной водой заметно понизила щёлочность симулированного реголита — рН среды снизился с высокощёлочного значения до уровня, благоприятного для растений.
Это изменение среды высвободило жизненно важные минералы, такие как ионы кальция, магния и калия, которые ранее были «заперты» в составе реголита и недоступны для корней растений. Одновременно обработка снизила выделение ионов алюминия, которые в больших концентрациях подавляют развитие корней. В совокупности эти эффекты улучшили рост рисовой рассады по сравнению с растениями, поливаемыми чистой водой.
Исследователи также обнаружили дополнительное положительное свойство технологии: прямое нанесение газообразного N2O5 на листья активировало природные защитные пути растений, укрепляя их иммунитет, и одновременно замедляло чрезмерный рост стебля. В условиях пониженной гравитации, характерной для Луны, это даёт практическое преимущество — формирование более коротких и прочных растений, менее склонных к вытягиванию и ломкости.
По словам Канэко, технология особенно пригодна для лунных ферм, однако она также имеет потенциал для снижения экологической нагрузки в земном сельском хозяйстве. Поскольку процесс полностью работает на электричестве и требует низкой мощности, он позволяет отделить фиксацию азота от традиционных энергоёмких методов на основе ископаемого топлива, открывая путь к более устойчивому производству кормовых и пищевых культур как вне Земли, так и на ней.
Полученные результаты демонстрируют, что небольшие, энергоэффективные установки для плазменного синтеза азотных соединений способны обеспечить локальные замкнутые циклы питания растений в суровых неродных почвенных условиях, одновременно улучшая доступность питательных веществ и биологическую устойчивость растений. Эти свойства делают технологию перспективной как для будущих лунных агроэкосистем, так и для применения в районах Земли, где требуется минимизировать привозные ресурсы и снизить выбросы, связанные с производством удобрений.
