Обеспечение стабильных поставок продовольствия — ключевая задача для долгосрочного освоения Луны человеком и потенциального заселения спутника. Почва Луны не содержит органических веществ, а такие важные для растений источники азота, как аммиак и нитраты, там практически отсутствуют.
Исследователи из Университета Тохоку и Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) решили эту проблему, создав экологичную и энергоэффективную плазменную технологию, способную синтезировать азотные удобрения из атмосферного воздуха.
«Наше портативное плазменное устройство избирательно синтезирует пентаоксид диазота (N₂O₅) из атмосферного воздуха, потребляя при этом менее 100 Вт, — говорит Тосиро Канеко, профессор Высшей инженерной школы Университета Тохоку и соавтор исследования. — Этот газ, полученный с помощью плазмы, быстро растворяется в воде, образуя нитрат (NO₃⁻) с исключительно высокой эффективностью растворения — почти 100 %».
Впоследствии Канеко и его коллеги проверили, может ли вода, насыщенная N₂O₅, служить местным азотным удобрением для выращивания рассады риса в имитаторе лунного реголита.
Эксперименты показали, что добавление воды, растворенной в N₂O₅, в имитатор лунного реголита успешно нейтрализует высокую щелочность, снижая pH с 9,09 до оптимального уровня 6,76. В результате нейтрализации высвобождаются важнейшие минеральные питательные вещества, содержащиеся в реголите, такие как ионы кальция, магния и калия, что облегчает их поглощение растениями.
В то же время удалось подавить выделение токсичных ионов алюминия (Al³⁺), которые обычно препятствуют развитию корней растений. Высвобождение критически важных минералов и подавление выделения вредных улучшили рост злака, особенно по сравнению с рисом, выращенным на чистой воде.
Исследователи обнаружили, что этот газ не только является мощным азотным удобрением, но и помогает укрепить иммунную систему растений и контролировать нежелательные свойства. Опрыскивание растений газообразным N₂O₅ непосредственно на листья активирует важнейшие гормональные процессы в растениях, повышая их иммунитет. Воздействие газа также подавляет удлинение стебля и междоузлий, что предотвращает полегание растений, что крайне важно для формирования структуры сельскохозяйственных культур в условиях низкой гравитации космического пространства.
Канеко подчеркивает, что, хотя эта технология идеально подходит для лунных ферм, она также поможет снизить нагрузку на окружающую среду в сельском хозяйстве на Земле.
«Процесс производства этого удобрения полностью основан на электричестве и низковольтном оборудовании, что позволяет отделить фиксацию азота от использования ископаемого топлива. Таким образом, эта технология подходит для устойчивого производства сельскохозяйственных культур как на Луне, так и на Земле».
Подробности этой технологии были опубликованы в журнале npj Microgravity.
