El fertilizante elaborado con orina podría permitir la agricultura espacial

Investigadores de la Universidad de Ciencias de Tokio diseñan una nueva tecnología electroquímica para fabricar fertilizantes a base de amoníaco a partir de urea.

Desde la perspectiva de las sociedades futuras, en entornos extremadamente cerrados como una estación espacial, la autosuficiencia en el cultivo de alimentos y la gestión de residuos es fundamental. Sin embargo, todavía falta la tecnología para lograrlo. En un nuevo estudio, científicos de Japón arrojaron luz sobre su avance más reciente: un método económico y eficiente para producir fertilizante líquido (amoníaco) a partir de orina artificial simplificada, que cumple un doble propósito ideal de cultivar alimentos y tratar los desechos.

En entornos extremos, incluso las tareas más ordinarias pueden parecer desafíos insuperables. Debido a tales dificultades, la humanidad, en su mayor parte, se ha asentado en terrenos favorables para cosechar, pastorear ganado y construir refugios. Pero a medida que buscamos expandir los límites de la exploración humana, tanto en la tierra como en el espacio, las personas pioneras en esta búsqueda enfrentarán indudablemente condiciones que, para todos los efectos, no son propicias para la habitación humana.

Uno de los principales desafíos que enfrenta cualquier asentamiento a largo plazo, ya sea en la Antártida o en Marte (quizás en un futuro cercano), es lograr cierto grado de autonomía, para permitir que las colonias aisladas sobrevivan incluso en el caso de una falla catastrófica. en el aprovisionamiento. Y la clave para lograr esta autonomía es garantizar la suficiencia alimentaria y la autosuficiencia. No es de extrañar, por tanto, que la tecnología de la agricultura espacial sea uno de los temas de investigación que actualmente realiza el Centro de Investigación de la Colonia Espacial de la Universidad de Ciencias de Tokio. Los investigadores aquí esperan encabezar el desarrollo tecnológico para una agricultura espacial segura y sostenible, con el objetivo de mantener a los seres humanos durante mucho tiempo en un entorno extremadamente cerrado como una estación espacial.

Con este fin, un equipo de investigadores japoneses dirigido por el profesor asociado junior Norihiro Suzuki de la Universidad de Ciencias de Tokio llevó a cabo un estudio innovador; este estudio, publicado como una “Carta”, apareció en la portada del prestigioso New Journal of Chemistry de la Real Sociedad de Química. En este estudio, el Dr. Suzuki y su equipo tenían como objetivo abordar el problema de la producción de alimentos en entornos cerrados, como los de una estación espacial.

Al darse cuenta de que los agricultores han utilizado los desechos animales como fertilizante durante miles de años, como una rica fuente de nitrógeno, el Dr. Suzuki y su equipo han estado investigando la posibilidad de fabricarlos a partir de urea (el componente principal de la orina), para hacer un fertilizante líquido. . ¡Esto también abordaría simultáneamente el problema del tratamiento o la gestión de desechos humanos en el espacio! Como explica el Dr. Suzuki, “Este proceso es de interés desde la perspectiva de hacer un producto útil, es decir, amoníaco, a partir de un producto de desecho, es decir, orina, utilizando equipos comunes a presión atmosférica y temperatura ambiente”.

El equipo de investigación, que también incluye a Akihiro Okazaki, Kai Takagi e Izumi Serizawa de ORC Manufacturing Co. Ltd., Japón, ideó un proceso “electroquímico” para derivar iones de amonio (que se encuentran comúnmente en fertilizantes estándar) de una muestra de orina artificial. Su configuración experimental fue simple: por un lado, había una celda de “reacción”, con un electrodo de “diamante dopado con boro” (BDD) y un catalizador inducible por luz o material “fotocatalizador” hecho de dióxido de titanio. En el otro, había una celda de “contador” con un simple electrodo de platino. A medida que la corriente pasa a la celda de reacción, la urea se oxida y forma iones de amonio. El Dr. Suzuki describe este avance de la siguiente manera:“Me uní al ‘Space Agriteam’ involucrado en la producción de alimentos, y mi especialización de investigación es en química física; por lo tanto, se me ocurrió la idea de hacer ‘electroquímicamente’ un fertilizante líquido “.

Luego, el equipo de investigación examinó si la célula sería más eficiente en presencia del fotocatalizador, comparando la reacción de la célula con y sin él. Descubrieron que si bien el agotamiento inicial de urea era más o menos el mismo, los iones de nitrógeno producidos variaban tanto en el tiempo como en la distribución cuando se introdujo el fotocatalizador. En particular, la concentración de iones nitrito y nitrato no fue tan elevada en presencia del fotocatalizador. Esto sugiere que la presencia del fotocatalizador promovió la formación de iones amonio.

El Dr. Suzuki declara: “Estamos planeando realizar el experimento con muestras de orina reales, ya que contiene no solo elementos primarios (fósforo, nitrógeno, potasio) sino también elementos secundarios (azufre, calcio, magnesio) que son vitales para la nutrición de las plantas. “ Por lo tanto, el Dr. Suzuki y su equipo son optimistas de que este método proporciona una base sólida para la fabricación de fertilizantes líquidos en espacios cerrados y, como. El Dr. Suzuki observa: “Resultará útil para mantener una estadía prolongada en espacios extremadamente cerrados como las estaciones espaciales”.

Los humanos que habitan en Marte podrían ser una realidad bastante lejana, pero este estudio seguramente parece sugerir que podríamos estar en el camino de asegurar la sustentabilidad en el espacio, ¡incluso antes de que lleguemos allí!

Referencia: “Formación de iones de amonio por oxidación electroquímica de urea con un electrodo de diamante dopado con boro” por Norihiro Suzuki, Akihiro Okazaki, Kai Takagi, Izumi Serizawa, Genji Okada, Chiaki Terashima, Ken-ichi Katsumata, Takeshi Kondo, Makoto Yuasa y Akira Fujishima, 16 de septiembre de 2020, New Journal of Chemistry .
DOI: 10.1039 / D0NJ03347B