به گزارش تجارت نیوز، فناوری‌های نوآورانه در سال‌های اخیر به‌طور جدی به دنبال راه‌حل‌هایی برای پیوند دادن سه حوزه حیاتی زندگی بشر یعنی آب، غذا و انرژی بوده‌اند. اکنون تیمی از محققان دانشگاه استنفورد موفق به طراحی سیستمی شده‌اند که با استفاده از انرژی خورشیدی، ادرار انسان را به کود کشاورزی تبدیل می‌کند. این نوآوری می‌تواند همزمان به بهبود امنیت غذایی، ارتقای بهداشت و افزایش بهره‌وری انرژی کمک کند، به‌ویژه در کشورهایی که با کمبود منابع و زیرساخت‌های ضعیف مواجه‌اند.
چگونه کار می‌کند؟
این سیستم نمونه اولیه، ادرار را از طریق محفظه‌های الکتروشیمیایی خورشیدی پردازش می‌کند. در این فرآیند، آمونیاک موجود در ادرار جدا شده و سپس به صورت سولفات آمونیوم – یکی از رایج‌ترین انواع کود شیمیایی – جذب می‌شود.
ویژگی مهم این نوآوری، استفاده از گرمای تلف‌شده پنل‌های خورشیدی است. محققان با نصب لوله‌های مسی در پشت پنل‌ها، این گرما را جمع‌آوری کردند. نتیجه آن، افزایش ۶۰ درصدی تولید برق و بهبود بیش از ۲۰ درصدی در بازیابی آمونیاک بود. علاوه بر این، خنک شدن پنل‌ها باعث جلوگیری از کاهش راندمان آنها شد؛ مشکلی که معمولاً در شرایط آفتابی شدید رخ می‌دهد.
از ضایعات به فرصت
به گفته ویلیام تارپه، استادیار مهندسی شیمی در استنفورد و نویسنده ارشد این پژوهش، هدف این پروژه تبدیل ضایعات به فرصت است. او توضیح می‌دهد:
«این سیستم مواد مغذی‌ای را که معمولاً هدر می‌روند یا به محیط زیست آسیب می‌زنند، جذب کرده و آنها را به کود مفید برای محصولات تبدیل می‌کند. مهم‌تر اینکه این فرآیند بدون نیاز به اتصال به شبکه برق انجام می‌شود.»
این مزیت کلیدی است زیرا تولید نیتروژن برای کودها در شرایط عادی در کارخانه‌های بزرگ با مصرف بالای کربن صورت می‌گیرد. بسیاری از این کارخانه‌ها در کشورهای ثروتمند قرار دارند و این موضوع باعث افزایش هزینه برای کشورهای کم‌درآمد می‌شود. حال آنکه ادرار انسان به‌تنهایی حاوی نیتروژن کافی برای تأمین حدود ۱۴ درصد نیاز جهانی به کود است.
تأثیر اقتصادی و کاربرد جهانی
این فناوری می‌تواند به‌ویژه در مناطقی مانند اوگاندا، که کود کشاورزی گران و برق کمیاب است، تحولی بزرگ ایجاد کند. محققان برآورد کرده‌اند که این سیستم می‌تواند ۴.۱۳ دلار به ازای هر کیلوگرم نیتروژن بازیابی‌شده ارزش اقتصادی ایجاد کند؛ رقمی که بیش از دو برابر درآمد بالقوه مشابه در ایالات متحده است.
اوریسا کومبز، دانشجوی دکترای مهندسی مکانیک و نویسنده اصلی این تحقیق، می‌گوید:
«هر فرد به‌تنهایی در ادرار خود به اندازه کافی نیتروژن تولید می‌کند که برای کوددهی یک باغ کوچک کافی است. این سیستم به ما اجازه می‌دهد کود را درست در جایی که نیاز داریم، تنها با استفاده از نور خورشید تولید کنیم.»
جالب‌تر آنکه این فرآیند می‌تواند به جوامع امکان دهد برق اضافی خود را ذخیره یا حتی بفروشند؛ به این ترتیب وابستگی به کارخانه‌های شیمیایی بزرگ یا شبکه‌های سراسری برق کاهش می‌یابد.
حل همزمان چندین بحران
فراتر از تأمین کود و انرژی، این فناوری به مسائل زیست‌محیطی و بهداشتی نیز پاسخ می‌دهد. بیش از ۸۰ درصد فاضلاب جهان بدون تصفیه رها می‌شود و بیشتر این حجم در کشورهای کم‌درآمد و با درآمد متوسط است. وجود نیتروژن تصفیه‌نشده در فاضلاب، آب‌های زیرزمینی را آلوده کرده و باعث شکوفایی جلبکی می‌شود که اکوسیستم‌های آبی را تخریب می‌کند.
با جدا کردن نیتروژن، این سیستم فاضلاب را برای تخلیه یا استفاده مجدد در آبیاری ایمن‌تر می‌کند. به گفته کومبز:
«ما معمولاً آب، غذا و انرژی را به‌عنوان سه بخش جداگانه در نظر می‌گیریم. اما این سیستم نمونه‌ای نادر است که به‌طور همزمان می‌تواند هر سه حوزه را متحول کند. این فناوری پاک، مقیاس‌پذیر و مبتنی بر انرژی خورشیدی است.»
گام‌های بعدی
تیم تحقیقاتی استنفورد در حال توسعه یک نمونه اولیه بزرگ‌تر با ظرفیت سه برابر است. این نسخه جدید می‌تواند حجم بیشتری از ادرار را پردازش کند و در شرایط آفتابی شدید با سرعت بیشتری عمل نماید.
همچنین یافته‌های این پروژه می‌تواند در تصفیه‌خانه‌های صنعتی فاضلاب کاربرد داشته باشد؛ جایی که امکان بازیافت گرمای هدررفته برای تقویت فرآیندهای مشابه وجود دارد.
به نقل از IE، اختراع سیستم خورشیدی تولید کود از ادرار، فراتر از یک پیشرفت علمی، پاسخی عملی به چندین بحران جهانی است: از افزایش نیاز به غذای ارزان و پایدار گرفته تا مدیریت بهینه فاضلاب و کاهش آلاینده‌های محیطی. این نوآوری نه‌تنها راندمان انرژی را تا ۶۰ درصد افزایش داده، بلکه راهی برای بازیابی مواد مغذی، کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی و ارتقای بهداشت عمومی فراهم کرده است.
اگر این فناوری در مقیاس گسترده پیاده‌سازی شود، می‌تواند بخشی از آینده پایدار کشاورزی و مدیریت منابع را در جهان رقم بزند.
