Превращение мусора в энергию: еще немного фантастики в реальной жизни

Можно сколько угодно обсуждать мусорную проблему, а можно попытаться своими силами ее решить. Именно этим и занимаются сотрудники кафедры микробиологии биофака МГУ под руководством Андрея Шестакова.

Известно, что в настоящее время вывоз мусора только из Москвы предполагает отправление на свалку четверти миллиарда тонн в год. Более двух третей всего этого мусора представляют собой биоразлагающуюся органику. Сжигать ее нельзя, а позволять разлагаться самой по себе – дорого и небезопасно из-за образующихся взрывоопасных газов. Так что же делать?

Микробиологические технологии

Разрешением этого вопроса занимается микробиология. Ее цель – разработать способы не просто скармливать микробам органический мусор, а делать это быстро и с минимум затрат на катализаторы и специальные установки. Дело в том, что большинство существующих технологий в этом плане оказываются малоэффективными – расходы на оборудование сводят на нет получаемый коэффициент полезного действия.

В качестве примера можно привести технологию, по которой отходы (например, навоз) перерабатываются бактериями для получения биогаза. Выделяемый в процессе переработки метан собирается в специальные мешки и впоследствии может использоваться для получения тепловой или электрической энергии. Однако такой метод можно использовать лишь в малых масштабах. То есть подобный комплекс производит достаточно газа для фермы или маленького поселка, но увеличить производство для большого города технически невозможно. Более того, городские отходы являются более токсичными, и получаемый из них газ, соответственно, тоже токсичен.

«Электрообразующие» бактерии

Одним из наиболее перспективных направлений переработки биологических отходов называют использование так называемых «электрообразующих» бактерий. Эти микроорганизмы в первую очередь привлекательны для ученых своей способностью эффективно перерабатывать отходы. Вырабатывание электричество во время процесса – способность второстепенная. На поверхности оболочки такой клетки был обнаружен белок цитохром, на который и сбрасываются электроны, образующиеся в процессе метаболизма.

Кому-то само существование подобных микроорганизмов покажется удивительным. Однако это факт. Более того, обнаружены они были давно, применения их способностям не было. И вот его нашли.
Микробный топливный элемент

Именно такое название получила технология, разработанная лабораторией микробной биотехнологии МГУ.

Работает МТЭ следующим образом:

• за основу взят принцип работы классического водородно-топливного элемента, однако электрод-анод помещается не в водород, а в питательную среду;
• микробы, предварительно нанесенные на его поверхность, сообщают ему электроны и протоны;
• протоны движутся к катоду и при добавлении кислорода образуют воду;
• электричество же снимается на внешнюю цепь.

Стоит отметить, что сама по себе идея не нова. Первые исследования датируются еще 60-ми годами прошлого столетия. Тогда мысль эффективной переработки отходов жизнедеятельности очень привлекала НАСА – они хотели отладить такой процесс на своих космических кораблях. Однако применения в реальности она тогда так и не нашла, потому что об очистке от мусора нашей планеты речь не шла, оградить от него планировалось только космос.

Вспомнили про технологию лишь полдесятка лет назад, когда появились новые задачи и, что немаловажно, новые возможности. Ученые задались целью избавить Землю от миллиардов тонн мусора, а развитие сопутствующих технологий сделало возможным применение микробных топливных элементов в промышленных масштабах, а не внутри маленькой лаборатории. Сыграли свою роль и определенные финансовые вливание в научное направление. Имеющиеся разработки являются плодом совместной работы биофака МГУ и компании-резидента Сколково «М-Пауэрс Ворлд».

Однако подтверждение работоспособности системы – это только первый этап. Ученым еще предстоит найти оптимальное сочетание бактерий, а также проработать условия, при которых микробные топливные комплексы можно было бы использовать в промышленности.

МТЭ: уничтожение мусора vs. производство электроэнергии

Как мы уже говорили, первоочередной задачей МТЭ пока все-таки является переработка мусора. Ученые шутят, что это «просто так получилось», что самые «прожорливые» из изученных бактерий еще и производят электричество. Получаемая в процессе метаболизма электроэнергия, таким образом, – лишь побочный продукт. И его нужно собирать у микроорганизмов только для того, чтобы процесс уничтожения мусора постоянно шел с одинаково высокой эффективностью. «Побочным» же «продуктом» можно обеспечить функционирование МПЗ без дополнительных источников энергии.

И именно в этом плане разработки московских ученых отличаются от того, что делают другие ученые. Отечественные исследование направлены в первую очередь на производство из биологических отходов электроэнергии. И можно надеяться, что уже в ближайшем будущем эта идея из области научной фантастики станет реальностью.