Корпорация IBM заявляет, что в течение пяти лет она совершит прорыв, который значительно снизит потребление энергии, необходимой для производства азотных удобрений

Исследователи IBM уверены, что, используя квантовые вычисления и искусственный интеллект (ИИ) для ускорения процесса, они смогут произвести настоящую революцию в производстве азотных удобрений, пишет Джефф Мелхиор в своей статье на портале Аlberta Farmexpress.

«По сути, на каждую тонну произведенного удобрения мы потребляем одну тонну ископаемого топлива. Мы работаем над выявлением и разработкой материалов, которые сделают преобразование азота в удобрения более экологичным и устойчивым», - сказал в интервью автору по электронной почте Тео Лайно, менеджер IBM Research Zurich.

В случае успеха это может означать снижение затрат как для производителей, так и потребителей азотных удобрений, и, учитывая растущую обеспокоенность по поводу парниковых газов, также принесет крупную PR-победу агропромышленному комплексу в целом и IBM в частности.

Цель IBM - фундаментальным образом усовершенствовать процесс Габера-Боша (превращающий газообразный азот в нитраты). Этот процесс, созданный двумя немецкими химиками более века назад, является одновременно одним из величайших достижений в сельском хозяйстве и одной из самых больших проблем.

«Удобрения помогли прокормить в два раза больше людей на Земле, но этот процесс потребляет почти два-три процента мирового производства энергии в год. Это то, что побудило глобального технологического гиганта использовать свои квантовые вычисления и возможности искусственного интеллекта для фундаментального улучшения процесса Габера-Боша. Нам нужны новые процессы, более уважительные к окружающей среде и планете», - сказал Лайно.

Конкретная цель IBM - найти новый катализатор для процесса Габера-Боша - на первый взгляд мелочь, но с огромными последствиями. (Катализатор - вещество, заставляющее химическую реакцию протекать намного быстрее).

Неудивительно, что для производства азотных удобрений требуется азот. Его много (он занимает 78 процентов воздуха, которым мы дышим), но растения могут использовать его только в «фиксированной» форме. В природе он должен собираться из атмосферы микроорганизмами для образования аммиака, нитритов и нитратов, которые помогают растениям развиваться. Бобовые владеют этим искусством.

Но для того, чтобы получать азотные удобрения для растений в промышленных масштабах с помощью процесса Габера-Боша, требуются очень высокие температуры и, следовательно, много энергии.

В течение десятилетий ученые пытались разработать лучший катализатор, который уменьшил бы потребности в энергии, необходимой для производства аммиака в процессе Габера-Боша, но найти такой катализатор было проблематично.

Существует практически бесконечное количество комбинаций материалов, которые нужно отсортировать, и обработка всех из них оказалась за пределами возможностей как людей, так и традиционных компьютеров.

Вот тут-то и пригодятся квантовые вычисления.

Квантовые компьютеры экспоненциально быстрее, чем даже самые большие мэйнфреймы (высокопроизводительные серверы).

Исследователи IBM планируют извлечь материалы, которые квантовые компьютеры идентифицируют как возможные катализаторы, а затем - с помощью ИИ - построить, протестировать и проверить прогностические модели, способные сделать процесс производства удобрений более энергоэффективным.

«Мы используем целую экосистему технологий, от ИИ - для решения задач устойчивого развития - до квантовых вычислений, которые являются важной частью ускорения процесса научных открытий. В настоящее время мы применяем квантовые вычисления для решения нескольких важных химических проблем в этих процессах. И также изучаем, как решать более целостные проблемы, одновременно продвигаясь по дорожной карте, которая приближает нас к запуску более крупных решений на более крупном оборудовании для квантовых вычислений. Если все будет успешно, следующим шагом будет масштабирование процесса», сказал Лайно.

Компания рассматривает топливные элементы, которые будут работать как обратная батарея.

По сути, вместо хранения энергии топливные элементы будут использовать энергию из возобновляемых источников для объединения азота из атмосферы и водорода из воды для производства аммиака. Каталитические молекулы, идентифицированные с помощью технологии, задействуют для снижения количества энергии, необходимой для поддержания процесса фиксации азота.

Чем революционная технология обернется конкретно для земледельцев, пытающихся снизить свои производственные затраты?

Базовая экономика диктует, что менее энергоемкий процесс производства удобрений должен означать экономию для компаний, производящих удобрения (меньше энергии - меньше затрат), и эта экономия теоретически перекладывается на производителя.

(Источник: www.albertafarmexpress.ca. Автор: Джефф Мелхиор. Фото: Вебер Шандвик).