Výskumníci zo Stanfordovej univerzity predstavili prelomový systém, ktorý premieňa moč na hnojivo pomocou solárnej energie a zároveň zvyšuje energetickú účinnosť solárnych panelov o 60 percent. Tento technologický prototyp ponúka efektívne riešenie pre oblasti so slabým prístupom k elektrickej sieti, nedostatočnou sanitáciou a vysokými nákladmi na poľnohospodárske vstupy.

Základ systému tvorí elektrochemická jednotka, ktorá využíva energiu zo slnečných panelov na separáciu amoniaku z moču. Získaný amoniak sa následne zachytáva vo forme síranu amónneho, čo predstavuje štandardne používané dusíkaté hnojivo v agrárnom priemysle. V procese dochádza k integrácii odpadového tepla zo solárnych panelov, čím sa urýchľuje chemická reakcia, znižuje sa prehrievanie technológie a zároveň sa zvyšuje celková energetická výťažnosť systému. Na tému upozornil Interesting Engineering.

Vedci odhalili prelom v spracovaní ľudského moču

Projekt vedie William Tarpeh, odborník na chemické inžinierstvo, ktorý sa zameriava na udržateľné využívanie odpadu. Vývoj tohto riešenia vychádza z princípu maximálneho zhodnotenia dusíka, ktorý sa pri bežnom spracovaní odpadových vôd stráca a pritom má vysoký potenciál ako agronomický zdroj. Pri výrobe dusíkatých hnojív dochádza bežne k vysokým emisným stratám a väčšina produkcie pochádza z energeticky náročných prevádzok vo vysoko industrializovaných krajinách. Naproti tomu moč obsahuje dostatok dusíka na pokrytie približne 14 percent globálneho dopytu po tejto kľúčovej živine.

Gemini

Systém využíva medené potrubie pripevnené k zadnej strane solárnych panelov na efektívne odvádzanie a akumuláciu tepla. Výsledkom je zvýšenie elektrického výkonu takmer o 60 percent a zlepšenie účinnosti zachytávania amoniaku o viac než 20 percent. Celá technológia funguje autonómne, bez nutnosti pripojenia na centrálnu sieť, čo umožňuje decentralizované využitie v komunitách mimo dosahu konvenčnej infraštruktúry.

Podľa Orisy Coombs, hlavnej autorky štúdie a doktorandky strojného inžinierstva, poskytuje moč každého jednotlivca dostatok dusíka na zásobenie menšej záhrady. Riešenie zároveň ponúka možnosť lokalizovanej výroby hnojív presne tam, kde ich poľnohospodári potrebujú, bez logistických záťaží a závislosti od dovozu. Okrem výroby hnojiva systém zároveň vytvára elektrickú energiu, ktorú možno ukladať alebo distribuovať ďalej, čím sa otvára priestor pre zníženie závislosti od tradičných energetických zdrojov.

Model vyvinutý výskumným tímom umožňuje presne predikovať správanie systému na základe slnečného žiarenia, vonkajšej teploty a elektrických parametrov. V prostrediach ako Uganda, kde sú ceny hnojív extrémne vysoké a dostupnosť energie obmedzená, môže mať každá vyprodukovaná jednotka dusíka ekonomickú hodnotu až 4,13 dolára, čo výrazne prevyšuje návratnosť podobných riešení v Spojených štátoch.

Technológia prináša zásadný pokrok aj v oblasti sanitácie. Odstránením dusíka z moču sa výrazne znižuje environmentálna záťaž a zároveň sa zvyšuje bezpečnosť odpadovej vody pri opätovnom použití napríklad na zavlažovanie. V súčasnosti zostáva viac než 80 percent svetovej odpadovej vody nevyčistenej, čo najmä v krajinách s nižším príjmom vedie k znečisťovaniu spodných vôd a eutrofizácii vodných ekosystémov.

Orisa Coombs zdôrazňuje, že ide o mimoriadne komplexné riešenie. „Často vnímame vodu, potraviny a energiu ako oddelené systémy, no táto technológia dokazuje, že jedno inovatívne inžinierske riešenie dokáže súčasne adresovať všetky tri výzvy. Je čisté, škálovateľné a doslova poháňané slnkom,“ uvádza.

Výskumný tím aktuálne pracuje na rozšírenej verzii prototypu s trojnásobnou kapacitou, ktorá umožní spracovať väčší objem moču v kratšom čase. Predpokladá sa, že táto technológia nájde uplatnenie aj v priemyselných areáloch, ako sú čističky odpadových vôd, kde možno nadbytočné teplo využiť na ďalšie procesy bez zvýšených prevádzkových nákladov.

Čítajte viac z kategórie: Novinky