Микробы и водоросли — новое оружие российских учёных в борьбе за чистую планету
Давайте честно: мусор — это проблема, о которой мы все предпочли бы не думать: выбрасываем старую кофеварку или пластиковую бутылку, и всё. Где-то в подсознании мы надеемся, что её заберёт мусоровоз и отправит на переработку.
Но реальность такова, что огромное количество наших отходов заканчивает свой путь на свалках. Там они мирно разлагаются десятилетиями (а иногда и столетиями) и отравляют природу. Вонь, крысы, токсичные выбросы — всё это часть их неофициального пакета услуг.
Кстати, по данным Росприроднадзора, российские свалки занимают 4 миллиона гектаров, а это, на секундочку, в 15 раз больше Москвы и сопоставимо с площадью Нидерландов или Швейцарии.
Однако учёные нашли способы заставить мусор работать на нас. И да, речь идёт о самых обычных микробах и водорослях.
Давайте разберёмся, как им это удалось.
Токсичные микробы
Для начала давайте определимся, зачем вообще копаться в земле и изучать микробы (вдруг кто-то не знал)? Всё дело в том, что в природе всё взаимосвязано, и микроорганизмы играют важнейшую роль в круговороте питательных веществ и поддержании стабильности экосистемы.
Микробы помогают разлагать органику и возвращать необходимые элементы обратно в почву и атмосферу. Таким образом, растения могут расти, а экосистема в целом остаётся здоровой.
Когда микробы делают за тебя всю грязную работу
Изначально в природе все гармонично, но человек со своим техногенным воздействием серьёзно меняет состав и разнообразие микробного населения: есть даже специальный термин для таких изменённых почв — техносоли.
Поэтому учёные из Вятского государственного университета (ВятГУ) провели исследования на свалке, где 12 лет назад были захоронены жидкие химические отходы, которые засыпали песком, глиной, известью и гипсом. На первый взгляд, это место может показаться бесплодным и опасным, но учёные обнаружили, что даже здесь существуют свои экосистемы.
Почвенный профиль техносоли
Чтобы понять, какие микробы могут вообще жить в таких условиях, учёные использовали передовые методы исследования, такие как метагеномика и высокопроизводительное секвенирование нового поколения (NGS).
Вообще, эта группа учёных одна из немногих в России, кто проводит оценку комплексов почвенных микроорганизмов с использованием передовых метагеномных подходов.
Высокопроизводительное секвенирование нового поколения позволяет быстро и точно прочитывать большие объемы генетической информации (ДНК или РНК).
А с помощью метагеномики можно изучать геномы целых сообществ микробов без предварительного их выращивания. Это особенно полезно в случае микроорганизмов, которые трудно или невозможно культивировать в лабораторных условиях.
Метагеномный подход позволяет идентифицировать конкретные ферменты и составить представление о модели функционирования микробных сообществ в окружающей среде. Такие исследования являются важным шагом в познании роли микроорганизмов в осуществлении почвой своих экосистемных функций.
Так можно проанализировать генетический материал не одного микроорганизма, а сразу всей тусовки микроорганизмов и понять, что за микробы живут, например, на свалках и что они там делают.
В итоге выяснилось, что микробы на свалках отличается от тех, что живут в чистой почве. И вообще, многие микроорганизмы там могут перерабатывать отходы и даже очищать почву. А значит, с помощью определенных бактерий можно будет улучшить состояние загрязнённых территорий.
Использование бактерий может ускорить разложение мусора
А изменения в микробных сообществах могут служить показателем уровня загрязнения почвы: если состав микроорганизмов меняется, значит что-то идёт не так (эдакая лакмусовая бумажка).
Ирина Широких также утверждает, что эти исследования могут стать ключом к созданию более устойчивых экосистем. Ведь если правильно использовать возможности микробов, можно не только очистить загрязнённую почву, но и улучшить её качество.
Важно понимать, что проблема мусора выходит далеко за пределы нашей страны: по оценкам Всемирного Банка ежегодно в мире образуется 2,01 млрд тонн твердых коммунальных отходов. Лидером по объёму мусора являются США — более 250 млн тонн в год.
Заправляемся мусором
Пока одни учёные разбираются с микробами, другие не теряют времени даром и работают над получением из мусора энергии. Санкт-Петербургский политехнический университет (СПбПУ) предложил такую идею: использовать микроводоросли для получения биоводорода из твёрдых коммунальных отходов (ТКО).
Микроводоросли в лаборатории
Вы слышали, что водородное топливо считается экологически чистым? Вот и учёные считают, что это отличная идея.
На мусорных полигонах при разложении органических веществ выделяется газ — метан. Этот самый метан можно использовать для производства биоводорода, но как здесь помочь могут микроводоросли?
Такие вот одноклеточные водоросли. Это — хлорелла
Учёные из СПбПУ выяснили, что если добавить биомассу микроводорослей рода хлорелла к отходам на свалках, это ускорит процесс разложения органики и увеличит объём производимого биогаза.
Хлорелла усваивает углекислый газ и помогает создавать больше метана. А метан, как известно, является важной составляющей свалочного газа, из которого можно получить биоводород.
Схема орошения полигона и сбора биогаза, где 1 – полигон ТКО; 2 – система дегазации; 3 – фильтрат; 4 – система очистки фильтрата; 5 – ТЭЦ; 6 – культиваторы микроводорослей; 7– линии электропередач (ЛЭП); 8 – потребители электроэнергии
Ксения Вельможина, инженер СПбПУ, отмечает, что использование микроводорослей на полигонах может повысить рентабельность мусорных полигонов на 15–25%. Это не только экологически выгодно, но и экономически обосновано. Ведь биоводород может заменить до 10–15% потребляемого ископаемого топлива, что значительно снизит нашу зависимость от нефти и газа.
В общем, таким образом можно «убить двух зайцев»: и топливо получить, и утилизировать органическую биомассу.
Команда учёных, котоыре работают над технологией
Можно ли превратить свалки в зелёные парки?
Итак, открытия, сделанные учёными из ВятГУ и СПбПУ, доказывают, что можно извлечь пользу даже из мусора. Микроорганизмы и микроводоросли могут стать мощными инструменты в борьбе за чистоту планеты.
Например, благодаря переработке отходов с помощью микробов, города смогут избавиться от зловонных свалок. Всем ведь больше нравятся чистые и зелёные парки, а не горы мусора?
С другой стороны, микроводоросли со своим биоводородом могут привести к появлению новых рабочих мест. Ведь нужны специалисты, которые будут заниматься выращиванием этих самых водорослей, сбором биогаза и его переработкой в водород, а это новые возможности для трудоустройства и экономического роста регионов.
А с производством биогаза может снизиться и цена на бензин, например (мечты, мечты).
Ну а пока этого не случилось, можно уже сейчас вносить свой вклад в улучшение экологии. Не нужно быть учёным или инженером, чтобы сделать мир чище, достаточно следовать простым правилам: сортировать отходы, использовать многоразовые вещи, экономить ресурсы.
Так что не оставайтесь в стороне, ведь будущее действительно может быть светлым и чистым.