Традиционные минеральные удобрения быстро вымываются из почвы и не всегда эффективны для полноценного питания растений. Использование в их составе неорганического соединения магний-аммоний-фосфата (струвита) решает эту проблему. Он содержит биогенные элементы азот и фосфор и может применяться в качестве удобрения длительного действия. Сейчас в мире не существует подходящего экономически выгодного способа производства коммерческих образцов струвита с минеральными добавками, которые обеспечивали бы полный комплекс питательных элементов для растений. Ученые Пермского Политеха разработали технологию производства умных удобрений под различные сельскохозяйственные культуры в удобной для применения гранулированной форме. Она в 2,7 раза эффективнее традиционных способов, что позволяет снизить количество внесений подкормки в сезон и получать основной компонент более выгодно, сокращая потери невозобновляемых природных ресурсов фосфора. Экологически чистое земледелие выходит на новый уровень.

На технологию получен патент. Проект выполнен в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Ключевым недостатком современных минеральных удобрений является их высокая растворимость в воде, из корневой зоны может уноситься до 50% питательных элементов. Первичное растворение в почве существенно повышает концентрацию солей, входящих в состав удобрения, что может привести к обжигу корней растений, гибели или нарушению баланса микробного сообщества почвы и природных водоемов.

Струвит может применяться в качестве умного удобрения длительного действия. Однако его традиционный синтез имеет недостатки – получаемый продукт состоит из слишком крупных кристаллов, из-за чего он дольше растворяется в почве и растениям не хватает питания. Также низкая конверсия сырья экономически невыгодно сказывается на производстве струвита, так как основные компоненты минеральных удобрений – это фосфор и азот. Ресурсы первого невозобновляемые, а значит, стоимость удобрений с ним будет расти во всем мире. Запасы азота не ограничены, но его производство невыгодно из-за габаритного оборудования, требующего высоких энергозатрат.

Ученые Пермского Политеха разработали модифицированную технологию синтеза мелкодисперсного струвита, позволяющую получить продукт, который растения поглощают в 2,7 раза эффективнее, чем при традиционных технологиях. Кроме этого, станет возможно использовать в качестве сырья побочные продукты производств с аммонием и фосфатами в целях экономии средств, например, путем выделения азота и фосфора из промышленных и сельскохозяйственных стоков.

– Способ получения комплексного удобрения заключается в приготовлении влажной пасты на основе смеси торфа, струвита и воды с последующим гранулированием и сушкой. Продукт представляет собой сыпучие гранулы размером не более 4 мм. Сейчас на основе этой технологии мы создаем композиции с азотом, фосфором, калием и различными питательными микроэлементами под растительные культуры, которые наиболее востребованы у широкого круга потребителей в сельском хозяйстве – для пшеницы, бобовых и сахарной свеклы, – рассказывает главный инженер проекта, студент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Елена Шергина.

– Удобрения нашего производства обладают умеренной растворимостью, благодаря чему при первых поливах высвобождается лишь часть питательных элементов. Сохраняется концентрация солей в прикорневой зоне, достаточная для полноценного питания растений, но не приводящая к обжигу корней и гибели микроорганизмов. Благодаря таким свойствам в почву можно добавлять большой запас удобрения, рассчитанный на длительный период действия, – объясняет руководитель проекта, студент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ Дарья Нестерова.  

Уникальная технология позволит синтезировать струвит с высокой (более 95%) степенью превращения сырья в продукт без его остатка, чего до сих пор не удавалось достичь. Это доказывает экономичность и экологичность такого способа производства. Ученые уже работают над выводом умного удобрения пролонгированного действия на российский рынок.

– В нем могут быть заинтересованы как крупные агрохолдинги и фермерские хозяйства, так и частные лица. Себестоимость гранулированного струвита по сырью составит всего 40-60 руб/кг, а учитывая низкий расход удобрения, это определяет ценовое преимущество перед конкурентами, – поделилась доцент кафедры химии и биотехнологии, кандидат технических наук ПНИПУ Юлия Кузнецова.

Разработка ученых Пермского Политеха позволяет сбалансировать в продукте преимущества традиционных минеральных удобрений с одновременным устранением их недостатков. Благодаря новым научным подходам к созданию композиционного умного удобрения на основе струвита решается задача экологически чистого земледелия.

В машиностроении для обработки металла производители используют методы холодной деформации, когда под воздействием силы изменяется структура материала и возрастает прочность. Хромоникелевые стали, из которых производят, например, нержавеющие трубы, цистерны и сварную аппаратуру, обладают уникальными свойствами, но в процессе эксплуатации в агрессивных средах и при повышенных нагрузках поверхности изделий изнашиваются. Ученые Пермского Политеха разработали способ комплексной обработки, которая сочетает холодную деформацию и последующее насыщение материала азотом. Такая технология позволяет быстро повысить уровень прочности и твердости поверхности стали и ее сердцевины.

Статья с результатами опубликована в журнале «Metal Science and Heat Treatment», 2024 год. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» и при финансовой поддержке Правительства Пермского края в рамках научного проекта №С 26/513.

Хромоникелевые стали активно применяются в производственной сфере. Например, из стали марки 08Х18Н10Т-Ш изготавливают сварную аппаратуру, нержавеющие трубы, детали для химической промышленности, контактирующие с агрессивными жидкостями, цистерны, холодильные камеры и многое другое.

На производстве для повышения прочности стали часто применяют методы пластической деформации. Когда под давлением или температурой меняют ее форму и размеры. Для этого изделие сгибают, растягивают, скручивают и сжимают с помощью специальных станков и оборудования. Даже незначительное приложение силы влияет на его характеристики.

Например, радиальная ковка – один из перспективных методов пластической деформации, когда на металл оказывают давление две или более наковальни. Перемещаясь по кругу, они формируют деталь нужных очертаний. Так можно повысить прочность изделия и сформировать деталь нужных размеров.

При эксплуатации хромоникелевых сталей в условиях высоких нагрузок их поверхность сильно изнашивается. Ученые Пермского Политеха разработали способ комплексной обработки, который включает в себя два процесса: радиальную ковку стали 08Х18Н10Т-Ш и насыщение изделия азотом для упрочнения – ионно-плазменное азотирование. Ранее такие комплексные работы не проводились.

– Сочетание этих технологий увеличивает проникновение азота в структуру металла, тем самым повышая характеристики поверхности. За счет формирования на поверхности стали азотированного слоя повышается прочность изделия, стойкость к коррозии и сопротивляемость к образованию микротрещин, – объясняет кандидат технических наук, доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ Ольга Силина.

С помощью радиальной ковки ученые изготовили стальные образцы, деформированные на 40 и 90%, и далее проводили с ними эксперименты азотирования при разной температуре и времени воздействия. Исследования показали, что повышенная степень деформации и температура насыщения азотом 460-520°С дает более толстый азотный слой. Так, у стали, кованной на 40%, толщина упрочняющего слоя больше в 2 раза, а на 90% более чем в 3.

Ученые ПНИПУ доказали, что использование радиальной ковки перед азотированием стали ускоряет формирование упрочняющего слоя азота и обеспечивает более твердую поверхность изделия. Такой способ комплексной обработки позволит изготавливать промышленные детали из хромоникелевых сплавов с высоким уровнем прочности и надежности.

Накачиваем шины обычным воздухом, по сезону, зимним или летним

Потом ездим и ждём, когда колесо само спустит

Теперь следим за руками... Тьфу ты - за манометром следим

Изначально у нас в шине 78 % азота и 21- кислорода

Когда весь кислород у нас через резину выйдет, там останется 100 % азота

Снова накачиваем колесо. Чтобы колесо стало сновв полным, нам надо докачать 21%, но в нем уже есть 78% азота

Значит после первой подкачки смесь в колесе будет состоять уже из 78 + 21х0,78 = 94% азота

После второй 94+6х0,78=98,5%

После пятой, в колесе останется чистый азот, даже чище чем в баллоне

Пользуйтесь, это абсолютно бесплатно