グラスゴー大学、20ポンドの超音波装置が遠隔地の農家に照準——分散型窒素肥料のエネルギー壁は依然として高い

『インディアン・タイムズ』紙の報道によると、スコットランドのグラスゴー大学の研究チームは、超音波、空気、水を用いて植物の成長を支える硝酸塩を生成する試作装置を開発し、装置一式にかかる費用は約20ポンドで、サイズはコーヒー豆の缶およそ一個分である。研究者は、この技術によって、最終的には遠隔地の農家が現場で化学肥料を生産し、建設費がしばしば数億ポンドに達する大規模な工業施設への依存から脱却できることを期待している。

論文の筆頭著者であるルックマン・ユスフ博士は、化学学部のマーク・サイムズ教授の委託を受け、市販部品を使ってこの実証装置を組み立てた。その原理は、まず空気を脱イオン水に数分間送り込み窒素と酸素を溶解させた後、収束超音波を用いて水中に微小な気泡を発生させるものである。これらの気泡が加圧と内破を繰り返す際、内部の気体温度は摂氏約5000度に達し、これによって窒素分子が切断されて酸素と結合し、硝酸塩が生成される。

実験結果によると、80ミリ秒ごとに4ミリ秒持続の超音波パルスを印加するのが最適であることが示された。研究室条件下で、研究チームは8分間で20ミリリットルの水中に約40マイクロモルの濃度の硝酸塩を生成した。研究成果は『Cell Reports Physical Science』誌に『Towards decentralized nitrogen fixation using pulsed ultrasound』という題名で発表された。

しかし、実用化までには依然として明らかな課題がある。この試作装置のエネルギー消費はハーバー・ボッシュ法と比較して依然として高く、生成された硝酸塩が実際に作物の生育を効果的に支援できるかどうかはなお検証が必要であり、コーヒー缶サイズの装置を農業実用規模に拡張するには、引き続きプロセスの改良が待たれる。

ジェームズ・ワット工学部のポール・プレンティス博士は『インディアン・タイムズ』紙の取材に対し、「私たちの計画は、今後12カ月間集中的に取り組み、私たちが先駆的に開発したプロセスを改良し、必要とされるエネルギー量を削減することです」と述べた。

研究は英国工学・物理科学研究評議会および王立協会の資金提供を受けた。サイムズ教授は『インディアン・タイムズ』紙の報道で、既存の工業体系は建設費が数億ポンドにのぼる工場に依存して大規模な化学肥料生産を行っていると指摘し、研究チームの構想はまさに化学肥料の生産能力を個々の農家のレベルまで下ろすことにあるとしている。合成窒素肥料の生産能力が長期にわたり少数の資本集約型・エネルギー集約型工場に集中している状況下において、わずか20ポンドの価格の圃場装置が研究室から出ようとする場合、将来のある期間内にエネルギー消費をハーバー・ボッシュ法に匹敵する水準まで引き下げることができるかどうかが、既存の工業体系によって築き上げられた化学肥料参入の敷居を本当に突き崩せるかどうかを左右することになる。