Ученые: плазма поможет повысить урожайность и очистит воду от загрязнителей

Установки для исследования процессов при активации и очистке воды плазмой импульсных разрядов создали совместно с зарубежными и российскими коллегами специалисты Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН, 31 октября сообщает пресс-служба Томского научного центра СО РАН.

Проектом, в рамках которого были созданы эти установки, руководит заведующий лабораторией оптических излучений ИСЭ СО РАН к. ф.-м. н. Дмитрий Сорокин. В нем задействованы также ученые Института электротехники Китайской академии наук, Университета Западного Мыса (ЮАР), Томского государственного университета (ТГУ) и Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН.

В ИСЭ СО РАН разработали и запатентовали быстрый и доступный для потребителей способ получения с помощью электрического барьерного разряда активированной воды для полива, которая стимулирует рост растений.

Ведущий научный сотрудник лаборатории оптических излучений, д. ф.-м. н. Эдуард Соснин пояснил особенности такой воды:

«В отличие от дистиллированных, природные воды содержат в себе различные соли. При воздействии плазмы они служат отличным материалом для образования азот- и кислородсодержащих активных частиц, способных придавать воде полезные свойства. Активированная плазмой вода начинает не окисляться, а очень быстро защелачивается, поэтому важно начать полив на этой стадии, положительно влияющей на рост растений».

Проверка воздействия полива водой, активированной плазмой, была проведена в ходе полевых испытаний на экспериментальном участке Сибирского ботанического сада ТГУ. Для этого на одной делянке посеянную пшеницу в течение недели поливали активированной водой, а на другой в то же время полив осуществлялся обычной водой.

Результаты показали на первой делянке существенное улучшение прорастания семян, кроме того, было отмечено значительное повышение урожайности и содержание белка в пшенице.

Проект также предусматривал поиск и исследование эффективных способов очистки вод с помощью холодной плазмы импульсного разряда в воздухе от ядовитых веществ, таких как распространенные органические загрязнители сточных вод фенол и метилэтилкетон.

Как рассказал старший научный сотрудник лаборатории, к. ф.-м. н. Дмитрий Белоплотов, однородная холодная плазма в воздухе образуется при высоком перенапряжении за счет подачи генерируемых наносекундной высоковольтной техникой импульсов более короткой (на два порядка) длительности.

Были исследованы три способа воздействия плазмы на воду. В первом случае разряд производился непосредственно в воде; во втором выполнялось разбрызгивание капель воды в активную зону разряда; в третьем, который оказался самым эффективным, плазму формировали над поверхностью воды.

Дальнейшие испытания были направлены на определение оптимального режима работы при третьем способе. В результате исследователи установили, что для повышения эффективности очистки важна не мощность разряда, а длительность процесса обработки воды.

Воздействие на воду сильных окислителей, образующихся в холодной воздушной плазме, приводит к тому, что фенол и метилэтилкетон распадаются на простые, не ядовитые компоненты. При этом исследования, проведенные в Институте химии нефти СО РАН, показали, что степень разложения этих загрязнителей достигает 95%.

Результатом данного научного проекта стало создание компактных установок для активации и очистки вод. Активация воды неравновесной низкотемпературной плазмой происходит в небольшом пузырьке воздуха, а очистка воды от загрязнителей производится плазмой, генерируемой над поверхностью воды в виде красивого светящегося кольца фиолетового цвета, рассказали разработчики.

Для нужд сельского хозяйства такие установки можно масштабировать. Их легко транспортировать в поле или установить на промышленном предприятии. Обслуживание таких установок достаточно просто и не потребует персонала, обладающего специальными техническими компетенциями.

Также в рамках проекта по заказу Университета Западного мыса (ЮАР) был разработан модуль на основе ультрафиолетовых эксиламп (разновидность газоразрядных ламп), который станет частью комплекса по очистке вод от отходов фармацевтического производства при помощи диэлектрического барьерного разряда.

Кроме того, ученые из Института электротехники Китайской академии наук проводят исследования возможности использования электроразрядной установки для очистки от загрязняющих воду водорослей.