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.