جنرال لواء

هذا اللغز البالغ 75 عامًا قد يمنح المزارعين الأسمدة `` عند الطلب ''


قد يساعد حل لغز عمره 75 عامًا المزارعين في صنع الأسمدة الخاصة بهم عن طريق سحب النيتروجين من الهواء.

تساعد الأبحاث الجديدة التي أجراها معهد جورجيا للتكنولوجيا في تحديد التفاعلات بين النيتروجين ومادة شائعة تتفاعل مع الضوء تسمى تيتانيا.

يمكن أن يساعد التفاعل التحفيزي في تشغيل إنتاج الأسمدة النظيف للزراعة على نطاق واسع.

تلعب الأمونيا حاليًا دورًا رئيسيًا في إنتاج معظم الأسمدة في العالم. يخضع السماد لعملية هابر بوش التي تستخدم الكثير من الغاز الطبيعي.

غالبًا ما يتطلب إنتاج ما يكفي من الأسمدة لإنتاج المحاصيل عددًا كبيرًا من الموارد المالية بالإضافة إلى الموارد البيئية.

ومع ذلك ، فإن هذا التفاعل بين النيتروجين وثاني أكسيد التيتانيوم يقلل من التكاليف التي ينطوي عليها الأمر مع جعله في متناول المزارعين الذين يكافحون من أجل الحصول على سماد عالي الجودة.

"في الولايات المتحدة ، لدينا نظام إنتاج وتوزيع ممتاز للأسمدة ،" أوضح الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية في جورجيا تك ، مارتز هاتزل.

"ومع ذلك ، فإن العديد من البلدان غير قادرة على تحمل تكاليف بناء مصانع هابر بوش ، وربما لا تمتلك حتى البنية التحتية الكافية للنقل لاستيراد الأسمدة."

وأشار هاتزيل إلى أنه "بالنسبة لهذه المناطق ، قد يكون التثبيت الضوئي للنيتروجين مفيدًا لإنتاج الأسمدة عند الطلب. وفي النهاية ، قد تكون هذه عملية منخفضة التكلفة يمكن أن تجعل المغذيات القائمة على الأسمدة متاحة لمجموعة أوسع من المزارعين".

عمل فريق هاتزيل مع أندرو ميدفورد ، الأستاذ المساعد في الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية ، وعلماء في المركز الدولي لتطوير الأسمدة (IFDC).

نُشر البحث في طبعة 29 أكتوبر من مجلة مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية.

كيف أثار لغز عمره 75 عامًا البحث

بدأ الفريق مشروعه الذي يستغرق عامين من خلال تحليل ورقة عام 1941 نشرها عالم تربة هندي يدعى Seshacharyulu Dhar.

وقالت صحيفة دار إن هناك زيادة في الأمونيا القادمة من السماد الذي يتعرض للضوء. اقترح تفاعلًا ضوئيًا كان مسؤولاً عن الأمونيا.

حاول علماء المواد الآخرون منذ ذلك الحين ربط الأمونيا بالنيتروجين والتيتانيا ، لكن لم تقدم أي من النتائج نتيجة ثابتة.

إيجاد خيار سماد أنظف

باستخدام مجموعة العمل الموجودة مسبقًا ، استخدم الفريق التحليل الطيفي الإلكتروني بالأشعة السينية (XPS) لتتبع التغيرات في سطح تيتانيا حيث تفاعل النيتروجين والماء والأكسجين مع أسطحه.

في البداية ، لم يتتبع الفريق أي تغييرات في تثبيت النيتروجين بسبب تلوث السطح بالكربون.

وأوضح هاتزل أنه "قبل الاختبار ، يتم تنظيف العينات لإزالة كل آثار الكربون تقريبًا من السطح ، ولكن أثناء التجارب يمكن للكربون من مصادر مختلفة (الغازات وغرفة التفريغ) إدخال كمية ضئيلة من الكربون إلى العينة".

"ما لاحظناه هو أنه تم اكتشاف أنواع النيتروجين المنخفضة فقط إذا كانت هناك درجة من الكربون في العينة."

يمكن أن يكون التلوث الهيدروكربوني هو السبب وراء عدم حصول الأبحاث السابقة على نفس النتائج.

قال ميدفورد: "نعتقد أن هذا يفسر النتائج المحيرة التي تم الإبلاغ عنها في الأدبيات ، ونأمل أن يعطي نظرة ثاقبة حول كيفية هندسة محفزات جديدة باستخدام هذا اللغز البالغ من العمر 75 عامًا".

"غالبًا ما تكون أفضل المحفزات هي المواد التي تكون نقية جدًا ومصنوعة في غرفة نظيفة. هنا لديك العكس تمامًا - يحتاج هذا التفاعل في الواقع إلى الشوائب ، والتي يمكن أن تكون مفيدة للتطبيقات المستدامة في الزراعة."

وفي دراسات لاحقة من مجموعة هاتزيل ، وجدوا مستويات منخفضة من الأمونيا في الاختبارات المعملية.

قال ميدفورد: "على الرغم من أن هذا قد يبدو سخيفًا من منظور عملي في البداية ، إلا أنك إذا نظرت بالفعل إلى احتياجات المشكلة وحقيقة أن ضوء الشمس والنيتروجين من الهواء مجانيان ، فإن ذلك سيبدو أكثر إثارة للاهتمام على أساس التكلفة". .

"إذا كان بإمكانك تشغيل منشأة صغيرة لإنتاج الأمونيا بسعة كافية لمزرعة واحدة ، فقد أحدثت فرقًا على الفور."


شاهد الفيديو: عشر ألغاز للعباقره فقط (سبتمبر 2021).