Как, имея в качестве сырья только воздух и воду, получить ценное азотное удобрение? - коротко
Для получения азотного удобрения из воздуха и воды можно использовать процесс Габера-Боша, синтезируя аммиак из атмосферного азота и водорода, выделенного электролизом воды. Аммиак затем превращается в нитратные или аммонийные формы удобрений.
Как, имея в качестве сырья только воздух и воду, получить ценное азотное удобрение? - развернуто
Для получения ценного азотного удобрения из воздуха и воды можно применить метод синтеза аммиака (NH₃) по процессу Габера-Боша. Азот, необходимый для реакции, извлекается непосредственно из воздуха, где его содержание составляет около 78%. Вода служит источником водорода, который выделяется путем электролиза или паровой конверсии.
Первым этапом является получение водорода. Водород производят разложением воды на кислород и водород под действием электрического тока (электролиз). Альтернативным методом может быть паровой риформинг, при котором вода вступает в реакцию с метаном, но в данном случае доступен только электролиз, так как метан не используется.
Далее азот из воздуха отделяют от других газов с помощью фракционной перегонки или мембранного разделения. Полученный азот смешивают с водородом в соотношении 1:3. Смесь поступает в реактор, где под высоким давлением (150–300 атмосфер) и температурой (400–500 °C) в присутствии катализатора на основе железа происходит синтез аммиака.
Аммиак может быть использован непосредственно как удобрение либо переработан в другие азотные соединения, такие как нитрат аммония (NH₄NO₃) или мочевину (CO(NH₂)₂). Для этого аммиак окисляют до азотной кислоты, которую затем нейтрализуют аммиаком для получения нитрата аммония. Мочевину синтезируют взаимодействием аммиака с углекислым газом, но в данном случае CO₂ придется получать из дополнительных источников, если вода и воздух — единственное сырье.
Полученные удобрения эффективно обогащают почву азотом, способствуя росту сельскохозяйственных культур. Процесс требует значительных энергозатрат, особенно на электролиз и синтез аммиака, но при использовании возобновляемых источников энергии может быть экологически устойчивым.