光触媒を使用した尿から液体肥料を製造する方法

東京理科大学の鈴木博士率いる研究チームが、尿素（尿の主成分）から液体肥料を製造する可能性を調査しました。

宇宙空間への探査など、人類にが生理的に必要である物質が存在しない空間に長期間滞在する時など、自前で肥料を確保できる技術が開発されれば、プロジェクトの成功率に大きく寄与する事になります。

From the perspective of future societies, in extremely closed environments such as a space station, self-sufficiency in food cultivation and waste management is critical. However, the technology to achieve this is still lacking. In a new study, scientists from Japan shed light on their most recent breakthrough: a cheap and efficient method to make liquid fertilizer (ammonia) from simplified artificial urine, serving an ideal dual purpose of growing food and treating waste.

参照元：https://www.tus.ac.jp/en/mediarelations/archive/20201214_2233.html
– 東京理科大学 Tokyo University of Science. 2020.12.14 Monday –

極端な環境では、最も一般的なタスクでさえ、克服できない課題のように見える場合があります。

そのような困難のために、人類は、ほとんどの場合、作物の収穫、牛の放牧、および避難所の建設に有利な土地に定住しました。

しかし、私たちが地球と宇宙の両方で人間の探査の限界を拡大しようとすると、この探索を開拓した人々は間違いなく、すべての意図と目的のために、人間の居住を助長しない状況に直面するでしょう。

南極でも火星でも（おそらく近い将来に）、意図された長期的な解決が直面する最も重要な課題の1つは、壊滅的な障害が発生した場合でも孤立したコロニーが生き残ることができるように、ある程度の自律性を達成することです。

そして、この自律性を達成するための鍵は、食糧の十分性と自給自足を確保することです。

したがって、当然のことながら、宇宙農業技術は、東京理科大学宇宙コロニー研究センターが現在取り組んでいる研究テーマの1つです。

ここの研究者たちは、宇宙ステーションのような非常に閉鎖的な環境で人間を長期間維持することを目的として、安全で持続可能な宇宙農業の技術開発を主導することを望んでいます。

この目的のために、東京理科大学の鈴木典弘准教授が率いる日本の研究者チームによって革新的な研究が行われ、英国王立化学会の新化学ジャーナルに掲載されました。

この研究では、鈴木博士と彼のチームは、宇宙ステーションなどの閉鎖環境での食料生産の問題に​​取り組むことを目的としていました。

鈴木博士らは、農民が何千年もの間、動物の排泄物を豊富な窒素源として肥料として利用してきたことを認識し、尿素（尿の主成分）から液体肥料を製造する可能性を調査してきました。

これは同時に、宇宙でのし尿処理または管理の問題にも対処します。

鈴木博士は説明します。

「このプロセスは、大気圧と室温で一般的な装置を使用して、廃棄物、つまり尿から有用な製品、つまりアンモニアを作るという観点から興味深いものです。」

オーク製作所の岡崎明弘、高木海、芹沢泉を含む研究チームは、人工尿サンプルからアンモニウムイオン（標準的な肥料に一般的に見られる）を誘導する「電気化学的」プロセスを考案しました。

彼らの実験のセットアップは単純でした。

片側には、「ホウ素ドープダイヤモンド」（BDD）電極と二酸化チタン製の光誘導触媒または「光触媒」材料を備えた「反応」セルがありました。

一方、単純な白金電極を備えた「カウンター」セルがありました。

電流が反応セルに流れると、尿素が酸化され、アンモニウムイオンが形成されます。

鈴木博士は、この画期的な出来事を説明します。

「私の専門は物理化学です。そのため、電気化学的に液体肥料を作るというアイデアを思いつきました。」

次に、研究チームは、光触媒がある場合とない場合のセルの反応を比較することにより、光触媒の存在下でセルがより効率的であるかどうかを調べました。

彼らは、尿素の最初の枯渇はほぼ同じですが、生成される窒素ベースのイオンは、光触媒が導入されたときに時間と分布の両方で変化することを発見しました。

特に、亜硝酸塩および硝酸イオンの濃度は、光触媒の存在下ではそれほど上昇しませんでした。

これは、光触媒の存在がアンモニウムイオンの形成を促進したことを示唆しています。

鈴木博士は話します。

「植物の栄養に欠かせない一次元素（リン、窒素、カリウム）だけでなく、二次元素（硫黄、カルシウム、マグネシウム）も含まれているので、実際の尿サンプルで実験を行う予定です。」

したがって、鈴木博士と彼のチームは、この方法が閉鎖空間での液体肥料の製造の確固たる基盤を提供することを楽観視しており、鈴木博士が観察するように、宇宙ステーションのような非常に閉鎖された空間で長期滞在を維持するのに役立つことが判明します。

火星に生息する人間はまだかなり遠い現実かもしれませんが、この研究は、私たちが実際にそこに着く前でさえ、私たちが宇宙での持続可能性を確保する道を進んでいる可能性があることを確かに示唆しているようです！