Местное производство аммиака с использованием энергии от агривольтаики

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.

1. . 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

2. . 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

3. . 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

4. . 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

5. . 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

6. . 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)

7. . 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)

8. . 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

9. . 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.

10. . 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

11. . 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

12. . 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

13. . 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

14. . 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

15. . 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

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

17. . 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

18. . 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

19. . 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

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

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

22. . 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

23. . 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

24. . 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

25. . 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

26. . 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

27. . 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

28. . 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.

29. . 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.

30. . 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

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

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

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

34. . 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

35. . 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

36. . 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

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

38. . 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)

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

40. . 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)

41. . 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

42. . 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

43. . 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

44. . 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

45. . 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

46. . 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

47. . 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

48. . 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

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

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

51. . 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

52. . 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

53. . 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

54. . 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

55. . 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

56. . 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

57. . 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

58. . 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

59. . 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