References

alternative

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)

1608-8298

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

10.15518/isjaee.2026.06.012-033

alternative-2826

Research Article

I. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА. 1. Солнечная энергетика. 1-2-0-0 Солнечно-водородная энергетика

I. RENEWABLE ENERGY 1. Solar energy 1-2-0-0 Solar-hydrogen energy

Местное производство аммиака с использованием энергии от агривольтаики

Local ammonia production using energy from agrivoltaics

https://orcid.org/0009-0009-8800-3014

Мельников

А. В.

Melnikov

A. V.

Мельников Алексей Вячеславович, инженер-исследователь

105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5

+79088879876

Scopus Author ID: 59910560100

Melnikov Alexey Vyacheslavich, Research Engineer

105005, Moscow, 2nd Baumanskaya Street, 5

Scopus Author ID: 59910560100

+79088879876

netherstaf@gmail.com

https://orcid.org/0000-0002-4689-843X

Панченко

В. А.

Panchenko

V. A.

Панченко Владимир Анатольевич, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник;

доцент кафедры Российского университета транспорта

127055, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9

Researcher ID: P-8127-2017 Scopus Author ID: 57201922860 Web of Science Researcher ID: AAE-1758-2019

Panchenko Vladimir Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department

127055, Moscow, Obraztsova St., 9, building 9

Researcher ID: P-8127-2017 Scopus Author ID: 57201922860 Web of Science Researcher ID: AAE-1758-2019

https://orcid.org/0000-0003-4132-7256

Семенова

Н. А.

Semenova

N. A.

Семенова Наталья Александровна, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник Центра «Биофотоника» ФГБНУ ФИЦ «Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук» (ИОФ РАН)

105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5

Researcher ID: 1046707 Scopus Author ID: 57222155920 Web of Science Researcher ID: AAS-9393-2021

Semenova Natalya Alexandrovna, Candidate of Agricultural Sciences, senior researcher at the Bauman Moscow State Technical University and Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences

105005, Moscow, 2nd Baumanskaya Street, 5

Researcher ID: 1046707 Scopus Author ID: 57222155920 Web of Science Researcher ID: AAS-9393-2021

https://orcid.org/0000-0002-1983-3454

Ковалев

А. А.

Kovalev

A. A.

Ковалев Андрей Александрович, доктор технических наук, главный научный сотрудник ФГБНУ ФНАЦ ВИМ

127055, г. Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9

Researcher ID: F-7045-2017

Scopus Author ID: 57205285134

Kovalev Andrey Aleksandrovich, Federal Scientific Agroengineering Center VIM, senior researcher of the laboratory of bioenergy and supercritical technologies, candidate of technical sciences

127055, Moscow, Obraztsova St., 9, building 9

Researcher ID: F-7045-2017 Scopus Author ID: 57205285134

https://orcid.org/0009-0000-8109-0877

Клоков

А. В.

Klokov

A. V.

Клоков Александр Валерьевич, младший научный сотрудник;

аспирант, ФГБНУ ФНАЦ ВИМ

105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5

Scopus Author ID: 58183658500 Web of Science Researcher ID: LTE-4876-2024

Klokov Alexander Valerievich, Junior researcher;

post-graduate student, Federal Scientific Agroengineering Center VIM

105005, Moscow, 2nd Baumanskaya Street, 5

Scopus Author ID: 58183658500 Web of Science Researcher ID: LTE-4876-2024

https://orcid.org/0000-0001-8900-7724

Чакраборти

С.

Chakraborty

Чакраборти Суправа, бывший доцент;

руководитель группы в Cell Process Engineering TP Solar Limited

632014, штат Тамилнад, г. Веллор

Researcher ID: https://researchid.co/suprava Scopus Author ID: 56479859000 Web of Science Researcher ID: AAQ-2820-2020

Chakraborty Suprava, Ex-Associate Professor;

Group Head at Cell Process Engineering TP Solar Limited

632014, Tamil Nadu, Vellore

Researcher ID: https://researchid.co/suprava Scopus Author ID: 56479859000 Web of Science Researcher ID: AAQ-2820-2020

https://orcid.org/0000-0002-6240-7178

Локтионов

Е. Ю.

Loktionov

E. Yu.

Локтионов Егор Юрьевич, кандидат технических наук, заведующий лабораторией

105005, г. Москва, ул. 2-я Бауманская, 5

Scopus Author ID: 57202025732 Web of Science Researcher ID: A-3891-2014

Loktionov Egor Yurievich, Candidate of Technical Sciences, Head of Laboratory

105005, Moscow, 2nd Baumanskaya Street, 5

Scopus Author ID: 57202025732 Web of Science Researcher ID: A-3891-2014

Московский государственный технический университет имени Н. Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана; Российский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian Federation

Российский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian Federation

Веллорский технологический институтИндияVellore Institute of TechnologyIndia

2026

08092026

061233

2026

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

https://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNotice

https://www.isjaee.com/jour/article/view/2826

Работа посвящена вопросам декарбонизации сельского хозяйства и локальному производству «зеленого» аммиака для азотных удобрений с применением солнечных агривольтаических электростанций. Обоснована необходимость перехода от централизованного производства аммиака по методу Габера-Боша, связанного с высоким углеродным следом и большими затратами на логистику, к распределенным системам. Предложена концепция, объединяющую агривольтаику и местный синтез аммиака, что позволяет использовать электроэнергию для работоспособности системы на месте. Выполнены расчеты потенциала местного производства зеленого аммиака с использованием энергии от агривольтаической солнечной электростанции для России и Индии с использованием пространственных данных о посевных площадях и инсоляции. Проведена экономическая оценка нормированной стоимости аммиака и экономической целесообразности для установок производительностью от 0,1 до 150 т/год. Результаты показывают, что малые мощности нерентабельны для производства аммиака, но могут быть экономически целесообразны за счет продажи избыточной электроэнергии. Экономическая целесообразность достигается при масштабе 150 т/год в Индии и в удаленных регионах России при специальных условиях финансирования. Дополнительным эффектом является значительное снижение выбросов CO₂ за счет исключения стадий парового риформинга и дальних перевозок. Результаты исследования будут полезны сельскохозяйственным предприятиям, ориентированным на устойчивое развитие и снижение углеродного следа, а также инвесторам в распределенную энергетику и производителям минеральных удобрений, заинтересованным в локализации производства и повышении автономности хозяйств.

The work focuses on the decarbonization of agriculture and the local production of “green” ammonia for nitrogen fertilizers using solar agrivoltaic power plants. The necessity of transitioning from centralized ammonia production using the Haber–Bosch method, which is associated with a high carbon footprint and high logistics costs, to distributed systems is substantiated. A concept has been proposed that combines agrivoltaics and local ammonia synthesis, which makes it possible to use electricity to ensure the system’s functionality on‑site. Calculations have been carried out to assess the potential for local production of green ammonia using energy from an agrivoltaic solar power plant for Russia and India, based on spatial data on cultivated areas and insolation. An economic assessment of the normalized cost of ammonia and the economic feasibility for plants with a capacity ranging from 0.1 to 150 tons per year has been carried out. The results show that small capacities are not profitable for ammonia production, but they may be economically feasible due to the sale of excess electricity. Economic feasibility is achieved at a scale of 150 t/year in India and in remote regions of Russia under special financing conditions. An additional effect is a significant reduction in CO₂ emissions due to the elimination of steam reforming stages and long‑distance transportation. The research results will be useful for agricultural enterprises focused on sustainable development and reducing their carbon footprint, as well as for investors in distributed energy and manufacturers of mineral fertilizers who are interested in localizing production and increasing the autonomy of farms.

возобновляемые источники энергиисолнечная энергияагривольтаиказеленый аммиакзеленый водородсельское хозяйствосолнечные удобренияэкономическая целесообразностьуглеродный след

renewable energy sourcessolar energyagrivoltaicsgreen ammoniagreen hydrogenagriculturesolar fertilizerseconomic feasibilitycarbon footprint

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант 25-49-01061, https://rscf.ru/project/25-49-01061/) и Министерства науки и технологий Индии (грант №121481).

References1

. Tatarinova A., Loktionov E. (2025). Possibilities of Increasing and Stabilizing Farmers’ Income with Agrivoltaics. 2025 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), 580-585. https://doi.org/10.1109/UralCon67204.2025.11206613

. Paris B., Vandorou F., Balafoutis A. T., Vaiopoulos K., Kyriakarakos G., Manolakos D., Papadakis G. Energy use in open-field agriculture in the EU: A critical review recommending energy efficiency measures and renewable energy sources adoption // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2022; 158:112098. https://doi.org/10.1016/j.rser.2022.112098

. Panchenko V. A., Kovalev A. A., Chakraborty S. Agrivoltaics and green hydrogen – Symbiosis of solar energy technologies for sustainable development of humanity // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025; 153:150205. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.150205

. Child M., Koskinen O., Linnanen L., Breyer C. Sustainability guardrails for energy scenarios of the global energy transition // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2018; 91:321-334. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.079

. Maestre V. M., Ortiz A., Ortiz I. Challenges and prospects of renewable hydrogen-based strategies for full decarbonization of stationary power applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2021; 152:111628. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111628

. McKinsey & Company (2024). The 2040 fertilizer industry: How could industry trends affect demand? https://www.mckinsey.com/industries/agriculture/our-insights/the-2040-fertilizer-industry-how-could-industry-trends-affect-demand (Аccessed: 10.02.2026)

. Федеральная служба государственной статистики (2024). Ведение охотничьего хозяйства. https://bi.gks.ru/biportal/contourbi.jsp?allsol=1&solution=Dashboard&project=%2FDashboard%2Fsh_nat_statistics (Дата обращения: 15.02.2026)

. de Bang T. C., Husted S., Laursen K. H., Persson D. P., Schjoerring J. K. The molecular-physiological functions of mineral macronutrients and their consequences for deficiency symptoms in plants // New Phytologist. – 2021; 229(5):2446-2469. https://doi.org/10.1111/nph.17074

. Bebyakin V. M., Kairgaliev D. Content, distribution and reutilization of nitrogen in organs of spring soft wheat discriminated on protein content in corn // Sel’skokhozyaistvennaya Biologiya. – 2000; 2004:68-75.

. Zayed O., Hewedy O. A., Abdelmoteleb A., Ali M., Youssef M. S., Roumia A. F., Seymour D., Yuan Z. -C. Nitrogen Journey in Plants: From Uptake to Metabolism, Stress Response, and Microbe Interaction // Biomolecules. – 2023; 13(10):1443. https://doi.org/10.3390/biom13101443

. Chojnacka K., Moustakas K., Witek-Krowiak A. Bio-based fertilizers: A practical approach towards circular economy // Bioresource Technology. – 2020; 295:122223. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122223

. Ganeteg U., Ahmad I., Jämtgård S., Aguetoni-Cambui C., Inselsbacher E., Svennerstam H., Schmidt S., Näsholm T. Amino acid transporter mutants of Arabidopsis provides evidence that a non-mycorrhizal plant acquires organic nitrogen from agricultural soil // Plant Cell & Environment. – 2017; 40(3):413-423. https://doi.org/10.1111/pce.12874

. Honkala K., Hellman A., Remediakis I. N., Logadottir A., Carlsson A., Dahl S., Christensen C. H., Nørskov J. K. Ammonia Synthesis from First-Principles Calculations // Science. – 2005; 307(5709):555-558. https://doi.org/10.1126/science.1106435

. Yanagimoto F., Shiotani K., Sakakibara Y., Watanabe Y., Tada E. Stress corrosion cracking of steels in liquid ammonia: A comprehensive literature review // International Journal of Hydrogen Energy. – 2025; 120:89-100. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.03.280

. Ерёмин Д. И., Ерофеева Ю. О. Аммиак – новое или давно забытое удобрение? // Эпоха науки. – 2022; 30:9-12. https://doi.org/10.24412/2409-3203-2022-30-9-12

. Zhang H., Raun B. Oklahoma soil fertility handbook. Department of Plant and Soil Sciences, Oklahoma Agricultural Experiment Station. – 2006.

. Russell A. E., Laird D., Mallarino A. P. Nitrogen fertilization and cropping system impacts on soil quality in Midwestern Mollisols // Soil Science Society of America Journal. – 2006; 70(1):249-255. https://doi.org/10.2136/sssaj2005.0052

. Waring E. R., Sawyer J., Pederson C., Helmers M. Impact of nitrogen fertilizer timing on nitrate loss and crop production in northwest Iowa // Journal of Environmental Quality. – 2022; 51:696-707. https://doi.org/10.1002/jeq2.20366

. Waring E. R., Sawyer J., Pederson C., Helmers M. Erratum to: Impact of nitrogen fertilizer timing on nitrate loss and crop production in northwest Iowa // Journal of Environmental Quality. – 2023; 52(1):224. https://doi.org/10.1002/jeq2.20366

. Research and Markets (2026). Ammonia – Global Strategic Business Report. https://www.researchandmarkets.com/reports/338564/ammonia_global_strategic_business_report (Аccessed: 06.03.2026)

. Kirkhorn S. R., Garry V. F. Agricultural lung diseases // Environmental Health Perspectives. – 2000; 108 (Suppl 4):705. https://doi.org/10.1289/ehp.00108s4705

. Pangeni R. P., Timilsina B., Oli P. R., Khadka S., Regmi P. R. A multidisciplinary approach to accidental inhalational ammonia injury: A case report // Annals of Medicine and Surgery. – 2022; 82:104741. https://doi.org/10.1016/j.amsu.2022.104741

. Spencer A. B., Gressel M. G. A hazard and operability study of anhydrous ammonia application in agriculture // American Industrial Hygiene Association Journal. – 1993; 54(11):671-677. https://doi.org/10.1080/15298669391355161

. Дегтярева И., Прищепенко Е., Медведев В., Газизов Р. Микробиоценоз кукурузы при использовании безводного аммиака в качестве азотного удобрения // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н. Э. Баумана. – 2022; 249(1):60-64. doi.org/10.31588/2413_4201_1883_1_249_60

. Chien S. H., Gearhart M. M., Collamer D. J. The effect of different ammonical nitrogen sources on soil acidification // Soil Science. – 2008; 173(8):544-551. https://doi.org/10.1097/SS.0b013e3181823af6

. Sen S., Chalk P. M. Solubilization of soil organic N by alkaline-hydrolysing N fertilizers // Fertilizer Research. – 1994; 38(2):131-139. https://doi.org/10.1007/BF00748774

. Yadav D. S., Jaiswal B., Gautam M., Agrawal M. (2020). Soil Acidification and its Impact on Plants. In: Singh P., et al. (Eds.), Plant Responses to Soil Pollution (pp. 1-26). Singapore: Springer Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-4964-9_1

. Мирошниченко Н., Гладких Е., Ревтье А. Влияние безводного аммиака на свойства почвы и продуктивность полевых культур // Вестник Международного института питания растений. – 2015; 1:2-6.

. Завалин А., Благовещенская Г., Шмырева Н., Чернова Л., Соколов О., Алферов А., Самойлов Л. Современное состояние проблемы азота в мировом земледелии // Агрохимия. – 2015; 5:83-95.

. Yadav S., Katoch A., Singh Y., Kulshrestha U. C. Abundance and variation of gaseous NH3 in relation with inorganic fertilizers and soil moisture during Kharif and Rabi season // Environmental Monitoring and Assessment. – 2023; 195(1):234. https://doi.org/10.1007/s10661-022-10792-4

. Козлова Н. Международная конференция по аммиаку в сельском хозяйстве // Техника в сельском хозяйстве. – 2007; 5:47-48.

. Марченко Л., Колесникова В. (2011). Экология и техника внесения жидких минеральных удобрений и пестицидов. В сборнике: Экология и сельскохозяйственные технологии: агроинженерные решения, 32-38.

. Аврамчук П. П. Способ использования жидкого аммиака и аммиачной воды в качестве удобрения. – 2001.

. Kohira Y., Fentie D., Lewoyehu M., Wutisirirattanachai T., Gezahegn A., Addisu S., Sato S. Mitigation of ammonia volatilization from organic and inorganic nitrogen sources applied to soil using water hyacinth biochars // Chemosphere. – 2024; 363:142872. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.142872

. Kriška T., Škarpa P., Antošovský J. Effect of Natural Liquid Hydroabsorbents on Ammonia Emission from Liquid Nitrogen Fertilizers and Plant Growth of Maize (Zea Mays L.) under Drought Conditions // Plants. – 2023; 12(4):728. https://doi.org/10.3390/plants12040728

. Galusnyak S. C., Petrescu L., Sandu V. -C., Cormos C. -C. Environmental impact assessment of green ammonia coupled with urea and ammonium nitrate production // Journal of Environmental Management. – 2023; 343:118215. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118215

. Valera-Medina A., Banares-Alcantara R. (Eds.) Techno-economic challenges of green ammonia as an energy vector. Academic Press. – 2020.

. Research and Markets (2024). Ammonia Market by Type (Anhydrous, Aqueous), Sales Channel (Direct and Indirect), End-use Industry (Agriculture, Textile, Refrigeration, Mining, and Pharmaceutical), and Region – Global Forecast to 2029. https://www.researchandmarkets.com/report/ammonia (Аccessed: 06.03.2026)

. Аммиак-Юг (2026). Внесение аммиака в почву. https://ammiak-yg.com/vnesenie-ammia-ka-v-pochvu/ (Дата обращения: 11.03.2026)

. СТЗ Агро (2025). Почему стоит применять безводный аммиак вместо традиционных удобрений? https://stzagro.ru/news/pochemu-stoit-primenyatbezvodnyi-ammiak-vmesto-tradicionnykh-udobrenii (Дата обращения: 11.03.2026)

. Comer B. M., Fuentes P., Dimkpa C. O., Liu Y. -H., Fernandez C. A., Arora P., Realff M., Singh U., Hatzell M. C., Medford A. J. Prospects and Challenges for Solar Fertilizers // Joule. – 2019; 3(7):1578-1605. https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.05.001

. Du Z., Denkenberger D., Pearce J. M. Solar photovoltaic powered on-site ammonia production for nitrogen fertilization // Solar Energy. – 2015; 122:562-568. https://doi.org/10.1016/j.solener.2015.09.040

. Srivastava N., Saquib M., Rajput P., Bhosale A. C., Singh R., Arora P. Prospects of solar-powered nitrogenous fertilizers // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2023; 187:113691. https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113691

. Wang L., Xia M., Wang H., Huang K., Qian C., Maravelias C. T., Ozin G. A. Greening Ammonia toward the Solar Ammonia Refinery // Joule. – 2018; 2(6):1055-1074. https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.04.017

. Heidlage M. G., Kezar E. A., Snow K. C., Pfromm P. H. Thermochemical synthesis of ammonia and syngas from natural gas at atmospheric pressure // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2017; 56(47):14014-14024. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.7b03157

. Michalsky R., Pfromm P. H. Chromium as reactant for solar thermochemical synthesis of ammonia from steam, nitrogen, and biomass at atmospheric pressure // Solar Energy. – 2011; 85(11):2642-2654. https://doi.org/10.1016/j.solener.2011.07.025

. Michalsky R., Pfromm P. H., Steinfeld A. Rational design of metal nitride redox materials for solar-driven ammonia synthesis // Interface Focus. – 2015; 5(3). https://doi.org/10.1098/rsfs.2014.0084

. Klokov A. V., Loktionov E. Y., Loktionov Y. V., Panchenko V. A., Sharaborova E. S. A Mini-Review of Current Activities and Future Trends in Agrivoltaics // Energies. – 2023; 16(7):3009. https://doi.org/10.3390/en16073009

. Федеральная служба государственной статистики (2025). Официальный сайт. https://rosstat.gov.ru/ (Дата обращения: 10.11.2025)

. Greenhouse Gas Protocol (2005). https://ghgprotocol.org/ (Аccessed: 01.03.2026)

. Klokov A. V., Tutunin A. S., Sharaborova E. S., Korshunov A. A., Loktionov E. Y. Inverter Heat Pumps as a Variable Load for Off-Grid Solar-Powered Systems // Energies. – 2023; 16(16):5987. https://doi.org/10.3390/en16165987

. Loktionov E., Sharaborova E., Klokov A., Maslakov A., Sotnikova K., Korshunov A. Ice cellars preservation technologies to ensure sustainable development of northern settlements // Arctic: Ecology and Economy. – 2024; 14(1):116-126. doi.org/10.25283/2223-4594-2024-1-116-126

. Badamshina S., Bakhmadov A., Loktionov E. (2025). Load Management for Local Energy Use from Agrivoltaics. 2025 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), 488-493. doi.org/10.1109/UralCon67204.2025.11206671

. Thippaluru S. V. S., Jeevakamal K. R., Guhan K. B., Gowtham S. D., Akhil V. M. (2026). Solar powered agricultural robot for irrigation. AIP Conference Proceedings, 3385(1). https://doi.org/10.1063/5.0316314

. Andrade P. E., Savi P. J., Almeida F. S., Carciofi B. A., Pace A., Zou Y., Eylands N., Annor G., Mattson N., Nansen C. Plasma-Activated Water as a Sustainable Nitrogen Source: Supporting the UN Sustainable Development Goals (SDGs) in Controlled Environment Agriculture // Crops. – 2025; 5(3):35. https://doi.org/10.3390/crops5030035

. Robinson C., Stapelmann K. Plasma treating water for nitrate, based nitrogen fertilizer – A review of recent device designs // Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry. – 2024; 50:100978. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2024.100978

. Kozáková Z., Čechová L., Lišková K., Šindelková K., Korečková S., Krčma F. Plasma treated water as a tool for sustainable applications // Plasma Physics and Technology. – 2024; 11(1):1-6. https://doi.org/10.14311/ppt.2024.1.1

. Xi W., Wang W., Guo L., Huang L., Song L., Lv X., Liu D., Liu Z., Rong M. The addition of hydrogen peroxide and the incorporation of fluorides by surface plasma jointly promote the bactericidal effects of plasma-treated water // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2022; 55(41):415203. https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac7f1e

. Konchekov, E. M.; Gusein-zade, N.; Burmistrov, D. E.; Kolik, L. V.; Dorokhov, A. S.; Izmailov, A. Y.; Shokri, B.; Gudkov, S. V. Advancements in Plasma Agriculture: A Review of Recent Studies // International Journal of Molecular Sciences. – 24:15093. https://doi.org/10.3390/ijms242015093

The authors declare that there are no conflicts of interest present.