Более простой способ производства азотных удобрений

В 1886 г. два немецких исследователя Г. Гельригель и Г. Вилфарт, изучая клубеньки - утолщения на корнях овощей - показали, что микробы клубеньков живут в тесном симбиозе с растениями и поставляют последним из воздуха азот, в котором те так нуждаются для синтеза основных необходимых для их существования веществ, а протеины обязательно содержат в своем составе этот элемент. В 1888 г. Бейеринк вырастил и описал эту бактерию, назвав ее Bacillus radiciola, в дальнейшем переименованную 25-30 раз, пока она не получила свое нынешнее наименование Rhizobium leguminosarum.

Последующие микроскопические исследования показали, что клубеньки являются изумительными фабриками азота. "Хозяева" этих фабрик предоставляют в их распоряжение корни, на которых бактерии "строят" самые разнообразные лаборатории для фиксации и преобразования азота. У белого люпина, например, они сморщены, у фасоли имеют круглую, а у клевера овальную форму. Их число, и размеры очень отличаются в зависимости от вида, "качества" бактерии, почвенных условий.

Появление клубеньков является результатом проникновения бактерии в абсорбирующие ворсинки корня и окружающие клетки. В момент, когда клубеньки образовались, словно по сигналу зараженные клетки начинают синтезировать пигмент красного цвета, именуемый легемоглобин, который придает всему клубеньку ярко-красный оттенок. В момент окрашивания клубенек начинает фиксировать молекулярный азот, а пигмент служит для регулирования поступления кислорода, необходимого для окислительно-восстановительных реакций бактерий, которые за время своей жизнедеятельности увеличиваются в размерах в десятки раз и становятся бактероидами. В 1909 г. французские исследователи Боннье и Бракель установили, что бактероиды производит особый фермент, который фиксирует атмосферный азот согласно реакции:

Аммиак служит сырьем, которое растение получает от бактерии, вводя в свой жизненный цикл, чтобы синтезировать, на этот раз самостоятельно, новые вещества.

В масштабе всей планеты приблизительно 120 миллионов гектаров овощных культур ежегодно привносят в почву из атмосферы около 108 тонн усвояемого азота без какого-либо загрязнения окружающей среды. Эта цифра превышает примерно в 10 раз промышленное производство азота во всем мире в 1973 году.

Удобрение земли происходит и естественным, и искусственным путем посредством внесения химических удобрений. К числу наиболее важных химических удобрений относятся и азотные удобрения, процесс производства которых сложен, длителен и дорогостоящ.

Фиксация атмосферного азота является очень сложной операцией. Мощные компрессоры придают воздуху давление в несколько десятков атмосфер, а рефрижераторы охлаждают его до -200°С, превращая в молокообразную жидкость. Азот улетучивается раньше кислорода. Для очистки в него добавляют водород. Затем азот подают в камеры, где компрессоры поднимают давление смеси азота с водородом до давления в несколько сот атмосфер, получая через некоторое время аммиак и из него соли аммония.

Бионики сотрудничают в настоящее время с химиками для создания промышленного эквивалента более простых, более быстрых и экономичных процессов, используемых нитробактериями. Был предложен ряд решений для упрощения и удешевления процесса производства азотных удобрений.