У самого синего моря…Природные ресурсы Туапсинского района (6+)

Сен 7th Какие богатства таит дно Мирового океана и чем грозит их освоение?

Фото: screenshot video MBARI

Как все начиналось

О богатствах океанического дна известно уже более полутора веков. В романе Жюля Верна «20 000 лье под водой» капитан Немо упоминает «значительные залежи руд, цинка, железа, серебра, золота» и видит за ними будущее. В 1868 году российский корабль добыл самородок железной руды в Северном Ледовитом океане в ходе работ по углублению морского дна. Еще пять лет спустя месторождение железа было найдено в Атлантическом океане, еще через два года — в Тихом. Но настоящий прорыв в освоении глубоководных запасов полезных ископаемых начался лишь в 1960-е годы XX века, с выходом книги «Минеральные богатства океана» (Mineral Resources of the Sea) американского геолога Джона Меро (в 1969 году она была переведена на русский язык и издана в СССР в издательстве «Прогресс»). В 1970 Генеральная Ассамблея ООН признала океанические ресурсы общим достоянием человечества и декларировала их международное использование в мирных целях. В 1982-м была принята конвенция Организации Объединенных Наций по морскому праву (ЮНКЛОС), участниками которой стали 168 стран. В 1994 году все они вошли в состав Международного органа по морскому дну, регулирующего глубоководную разведку и добычу полезных ископаемых.

В последние десятилетия XX века интерес к глубоководной добыче несколько иссяк из-за доступности запасов полезных ископаемых на суше и падения цен на металлы: затраты на технологии и оборудование превышали потенциальную выгоду от освоений подводных месторождений. Современная ситуация выглядит иначе: ресурсы на суше истощаются, а материально-техническая база — совершенствуется. Именно поэтому правительства, корпорации и научно-исследовательские организации осваивают программы добычи полезных ископаемых.

Мировой океан как мировое достояние

Если представить себе Мировой океан со всеми его ресурсами в виде условного государства, то его ВВП составит порядка 3 трлн долларов США: так считают эксперты Росгеологии. Это сопоставимо с показателями Бразилии, Великобритании, Франции или Индонезии. К середине XXI века эта цифра может увеличиться более чем вдвое. В океане обнаружены конкреции —россыпи традиционных и специфических твердых полезных ископаемых, запасы нефти, газа, газовые гидраты (их можно использовать как альтернативный источник природного газа). Кроме того, в морской воде содержится более 70 элементов таблицы Менделеева.

Уже к концу XX века стали широко известны нефтяные и газовые запасы всех четырех океанов, а также дна Каспийского моря (доступ к каспийской нефти имеют Россия, Иран, Азербайджан, Казахстан и Туркменистан). 30-35% мировой добычи углеводородов относится к шельфовым и глубоководным месторождениям. Мировой алмазный гигант De Beers Group использует специализированные корабли на атлантическом побережье Африки для перемещения техники по морскому дну в поисках алмазов. На подводные месторождения возлагается большая надежда после значительного спада в алмазной отрасли в 2019 году и сокращения добычи в разгар пандемии коронавируса. 

Канадская геологоразведочная компания Nautilus Minerals разрабатывает месторождения драгоценных металлов в территориальных водах Папуа-Новой Гвинеи, а в Японии и Южной Корее запускаются государственные проекты по освоению собственных морских запасов. Не остается в стороне и Россия: в Указе Президента РФ №327 «Об утверждении Основ государственной политики Российской Федерации в области военно-морской деятельности на период до 2030 года» от 20 июля 2017 года говорится о растущем значении океанических вод «в связи с истощением природных ресурсов суши, воздействием хозяйственной и иной деятельности человека на окружающую среду, изменением климата, миграцией населения и другими процессами». Но наиболее лакомым кусочком для корпораций становятся воды открытого моря: они составляют более половины всего пространства Мирового океана и содержат больше полезных ископаемых, чем все континенты, вместе взятые.

Вплоть до 70-х годов прошлого века считалось, что в глубоководных впадинах жизни нет, потому что солнечные лучи не проникают так глубоко. Соответственно, фотосинтез водорослей там невозможен. А без водорослей, которые становятся первым звеном для множества пищевых цепочек, не смогут существовать и другие организмы. Но в 1977 году океанологи открыли гидротермальные источники на глубине около 2500 метров. В их водах обнаружили осьминогов, крабов и трубчатых червей, питающихся органическими соединениями. Согласно современному исследованию Шведской королевской академии наук, одно горнодобывающее судно оставляет за собой более 50 тысяч кубометров отходов в день. Часть этих отходов содержит ртуть и свинец, что, по мнению ученых, может привести к вымиранию целых видов подводных организмов. 

С одной стороны, освоение морских богатств сможет восстановить горнодобывающую отрасль после кризиса и сберечь минеральные ресурсы суши (обеспеченность запасами многих полезных ископаемых на континентах не превышает 50 лет). С другой, развитие глубоководной добычи неизбежно приведет к негативным последствиям для экосистемы Мирового океана. Что же делать и как регулировать эту проблему на государственном и международном уровне?

Проблемы и пути их решения

Основная проблема правового регулирования глубоководной добычи полезных ископаемых заключается в «плавающем» статусе Международного органа по морскому дну. В отличие от многих других организаций ООН, он подчиняется собственному генеральному секретарю: сейчас этот пост занимает британец Майкл Лодж. Собрания организации проходят ежегодно в Кингстоне, столице Ямайки. Целью их деятельности является не запрет глубоководной добычи, а уменьшение ущерба для окружающей среды от нее.

В 2019 году представители стран-участниц Международного органа по морскому дну впервые рассмотрели проект Горнодобывающего кодекса — документа, определяющего порядок добычи полезных ископаемых на дне океана. В то же время, к этому моменту порядка 30 корпораций уже оформили разрешения на освоение морского дна в Тихом, Атлантическом и Индийском океанах. По состоянию на 2020 год, кодекс еще не вступил в силу, а подводная добыча уже происходит в коммерческих масштабах и вызывает закономерные вопросы у экологических организаций. Согласно исследованиям, отходы от разработки полезных ископаемых в Мировом океане могут перемещаться на тысячи километров.

Подводные горы, богатые металлами и минералами, являются источником обитания рыб, кораллов, губок, дельфинов и морских черепах. В водах гидротермальных источников селятся моллюски, и промышленные работы могут поставить некоторые их виды на грань вымирания. По словам Майкла Лоджа, развитие добычи приведет к развитию мониторинга и необходимости разработки международных стандартов. Сейчас, на предварительном этапе, эксперты видят меньше опасности для окружающей среды в освоении морского дна, чем в ядерной и нефтяной промышленности. Ожидается, что в период с 2020 по 2030 год рынок глубоководной добычи будет расти на 37,1% в год.

Но пока ни коммерческие, ни общественные организации не могут объективно оценить последствия для окружающей среды от освоения морского дна. Часть ученых говорит о том, что не стоит спешить с бурной деятельностью, ссылаясь на недостаточную изученность флоры и фауны Мирового океана. По словам биолога Лизы Левин из Института океанографии Скриппса, миллионы видов живых организмов, обитающих в морской воде, до сих пор не описаны подробно. С ней соглашается и ее коллега Джефф Дрейзен из Гавайского университета в Маноа: ученый утверждает, что оценить все риски невозможно, пока морские глубины остаются самой неизученной экосистемой на планете.

В настоящее время ведутся ожесточенные дебаты о том, разрешать ли глубоководную добычу полезных ископаемых и устанавливать ли новый крайний срок для предлагаемых правил, которые все еще находятся в режиме проекта.

Пока не до конца ясно, чем обернется для планеты глубоководная добыча полезных ископаемых: новыми возможностями или новой экологической катастрофой. Ответ на этот вопрос во многом зависит от согласованных действий корпораций, международных организаций и мирового научного сообщества.

Исследование: Устранение ущерба от глубоководной добычи обойдется вдвое дороже самой добычи

Posted in Биоразнообразие, Взгляд, Вода, Климат, Технологии by Экосфера with comments disabled.

Авг 31st История одной пластиковой бутылки: почему переработка не спасает нас от мусора

Как выглядит цикл переработки пластиковой бутылки?  

Проиллюстрировать процесс переработки вторсырья лучше всего на примере главного «экозлодея», пластика: именно пластиковая упаковка составляет более половины всех отходов на полигонах. И главное, что переработка пластика — самая трудоемкая и сложная по сравнению с другими материалами. Пусть конкретным примером переработки будет пластиковая бутылка. 

• 1 этап. Сбор 

Первый шаг — собрать отходы. Поскольку речь о том, что будет переработано, собирают их на пунктах приема и акциях сбора вторсырья, из баков для раздельного сбора мусора, в офисах, которые разделяют отходы, из «синих» баков возле жилых домов и так далее. Наша бутылка где-то тут, среди других видов мусора, перерабатываемого и неперерабатываемого. Бутылка может быть испачкана органикой, песком, грязью, и, скорее всего, ее этикетка на месте.

• 2 этап. Категоризация и сортировка  

Пластиковая бутылка пришла в пункт переработки вперемешку с другим мусором. Сначала ее отделяют от остальных отходов (бумага, консервные банки) и отправят к пластику. Затем пластик отсортируют на категории по цифрам в треугольнике — цифры «1», «2», «3» и так далее. Наша бутылка отправится в кучу пластика с категорией «1». Дальше весь пластик будут сортировать по цветам. Бутылки разложат на четыре цвета: зеленый, голубой, коричневый, прозрачный. Зеленый идет к зеленым, прозрачные бутылки к прозрачным. На этом этапе весь неперерабатываемый мусор, к сожалению, уедет на полигон.

• 3 этап. Мытье

Пластиковую бутылку с остальным пластиком отправят мыться. Тут его надо очистить от посторонних предметов и примесей — это этикетки и клей от них, остатки еды и напитков, грязь и все, что могло попасть на пластик в мусорках. Любая посторонняя примесь помешает операции или испортит всю партию получаемого сырья. Моют не просто водой, а кипятком и специальными средствами.

• 4 этап. Измельчение

Вымытую бутылку и весь остальной чистый пластик той же категории, цвета и типа отправляют в измельчительный аппарат. Там бутылку со всем вместе рубят на мелкие части. Получается пластиковая крошка, которую в таком виде могут добавлять в другие материалы — смешивать с асфальтом, к примеру, или продавать в качестве самостоятельного сырья. На этом этапе иногда также находят примеси, которые не вышли на этапе чистки — например, магнитом достают частички металла.

• 5 этап. Идентификация качества пластика и классификация

На этом этапе давно потерявшуюся в пластиковой крошке бутылку «испытывают» водой и воздухом — погружают в воду и помещают в аэродинамическую трубу, чтобы определить плотность и толщину материала. Пластиковые хлопья проходят отбраковку по качеству и дополнительную сортировку — вновь по цвету. Этот этап помогает проверить качество и добиваться чистоты партии сырья.

• 6 этап. Переплавка и создание нового предмета

Пластиковую крошку превращают в гранулы. Для этого ее еще раз измельчают и переплавляют, потом вытягивают в длинные пластиковые «нити» и рубят на гранулы. Иногда к гранулам добавляют дополнительные примеси других полимеров или смешивают пластик разных видов. Все гранулы — финальный продукт, из которого делают новые бутылки, упаковку, одежду, строительные материалы.

• 7 этап. Изготовление нового предмета

Полученные пластиковые гранулы покидают пункт переработки и отправляются на предприятие, где из них (или из созданного на основе гранул волокна) сделают новые вещи. Ими могут быть: 

• футболки из полиэстера, флиски, куртки — спортивная, технологичная одежда,
• утеплители,
• мебель,
• стройматериалы, 
• широкий спектр пластиковых бытовых вещей, типа метелок и ворса для них, ведер, тазов,
• пакеты и пленки,
• иногда — бутылки, одноразовая упаковка.

Это основные этапы процесса переработки. Детали каждого этапа отличаются на разных пунктах по объемам, времени и результату, и специфика процесса зависит от технической оснащенности и автоматизации. Где-то применяют ультрасовременные машины с инфракрасными, рентгеновскими и другими типами продвинутых датчиков, способных точнейшим образом сортировать пластик, а где-то до сих пор встречается ручная первичная сортировка.

Из пластиковой бутылки не получится такая же пластиковая бутылка

Цель переработки — получить обратно в оборот безопасное сырье максимально высокого качества, которое будет конкурировать с первичным пластиком. В реальности переработку пластика можно представить как сужающуюся спираль, а не  бесконечную петлю — по мере спускания сверху вниз первоначальное качество теряется. 

В течение процесса значительная часть изначальных ресурсов (отходов) отбракуется, и при стандартной схеме переработки из пластика можно извлечь только 10% полезного сырья. Это переработка нисходящего цикла, даунсайклинг, при котором получается ресурс худшего качества, и его в большинстве случаев нельзя использовать повторно в пищевых целях. 

Обратная сторона переработки пластика — расследование National Public Radio

Пластик — простой полимер, длинная цепь атомов, представляющая собой повторяющиеся участки длиннее тех, что встречаются в природе. Длина цепи и способ соединения участков делают пластик пластиком — гибким, прочным, многофункциональным. А каждая переработка укорачивает длину этой цепи. В конце процесса переработки уменьшается количество исходного материала (изначального мусора) и снижается его качество. 

Поэтому из одной пластиковой бутылки не получится создать точно такую же пластиковую бутылку — чтобы покрыть спрос рынка на новую упаковку, производитель использует только чистое сырье. 

Не каждый пластик имеет второй шанс 

Есть семь видов пластика — те самые цифры от 1 до 7 в треугольном значке переработки, который указан на упаковке. 

• Номера «1» и «2» — пластиковые бутылки, контейнеры, крышки для бутылок, плотные пакеты и многое другое широко перерабатывается. 
• Номер «5» — применение от крышек для бутылок до хирургических инструментов — перерабатывается, но значительно реже. Номер «6», или полистирол, перерабатывается редко, потому что это нерентабельно.
• Номера «3» (ПВХ) и «7» (категория «другое») вообще не подлежат переработке — третья категория токсична, а в седьмой есть примеси мало используемых пластиков: её переработка нерентабельна. 

https://ecosphere.press/2020/09/09/kak-razobratsya-v-markirovke-plastika/

Таким образом, из семи категорий широко перерабатываются только две. Благо, именно они чаще всего встречаются. Но даже попадание пластика в его категорию не гарантируют переработку. Среди переработчиков в России только:

• 62% примут посуду от бытовой химии, 
• 59% — непрозрачные и цветные ПЭТ-бутылки,
• 28% — бутылки от масла,
• 43% — от молочных продуктов. 

За бортом остается множество вещей — пластиковые трубочки для напитков, ватные палочки, пакеты, одноразовая посуда, стаканчики для кофе и крышки для них, многие игрушки, дойпаки и саше и другое. Их у нас почти не принимают.

Еще одно возможное препятствие для переработки — условия. Выше была описана схема переработки пластика при идеальных условиях: чистый и неповрежденный пластик, не загрязненный органикой. Переработчик вообще может отказаться принимать грязное или испорченное вторсырье — бутылка, которая месяцы провалялась под дождем и солнцем, или грязная упаковка из-под еды могут не получить шанс на переработку. 

Будущее переработки

Из-за недостаточно развитой инфраструктуры сбора вторсырья, путаницы с маркировкой и недостаточного уровня просвещения в России на переработку попадает всего 7% вторсырья (в сравнении с 4% в 2019 году), а остальное отправляется на свалку или сжигается. Большую часть неперерабатываемых отходов составляет именно пластик. 

Это действительно проблема, потому что остальное вторсырье перерабатывать намного проще, и его качество сохраняется лучше. Стекло и алюминий можно перерабатывать бесконечное количество раз, бумагу — от 5 до 7 раз, и даже после этого из бумаги можно сделать, например, подложку из-под яиц.

Для пластика количество циклов переработки тоже конечно — разные виды пластика по разным оценкам можно переработать от 1-2 раз до 10 раз, некоторые специалисты считают, что пластик можно перерабатывать до 16 раз. Из-за своей особенности разрушаться после переработки, он редко используется как чистое сырье — чаще как примесь. Поэтому экологи прежде всего призывают отказаться от пластиковых вещей, которые переработать нельзя и заменять одноразовые многоразовым.

Но есть и хорошая новость для переработки. Как в свое время прогрессировало и усложнялось производство пластика, так и индустрия переработки не стоит на месте. Актуальный вызов для химии полимеров — переработать любой и вернуть его к первичному виду — приняли в Великобритании.

Британская компания Recycling Technologies разработала «всеядную» машину, которая подойдёт для переработки любого пластика. Методом пиролиза (экстремальная температура превращает пластик в газ, затем его сжижают в жидкость) из пластика делают маслоподобную жидкость Plaxx. Из нее можно делать пластик качества, равный новому. Технологию быстро подхватили и опробовали во Франции, США, Швеции. Плюс этого способа очевиден — переработать можно любой пластик и по состоянию, и по типу, а взамен будет сырьё первозданного вида.

Экологи технологию оценили, но призвали не считать панацеей. Эксперты считают, что важнее сосредоточиться на задаче рационального использования ресурсов как способе сокращения образования отходов. Более того, Глобальный альянс альтернативы мусоросжиганию выпустил отчет, где привел данные о вреде переработки — о сопутствующих выбросах, тратах энергии и воды. Так что главным решением проблемы пластикового мусора должно стать снижение его образования. Это значит, что прежде всего нам нужно сократить производство пластиков и ограничить количество одноразовой пластиковой упаковки.

Posted in Взгляд, Мусор, Пластик, Технологии, Человек by Экосфера with comments disabled.

Авг 24th От кроссовок до водки: как углекислый газ становится ресурсом для производства

Почему CO2 становится ресурсом?

Хорошая новость заключается в том, что технологии по улавливанию CO2 уже существуют. И если улавливание из труб высокоэффективно благодаря высокой концентрации газа, то улавливание из воздуха не требует привязки к конкретным объектам. Но что делать с полученным газом дальше? 

В 1977 году итальянский химик Чезаре Маркетти предложил складировать запасы CO2 на дне океанов. Тогда для этого не было подходящих технологий, но сегодня это не только возможно, но и практикуется (как и захоронения в земле, наподобие ядерных отходов). Проблема в том, что таким образом мы просто откладываем решение на неизвестный срок. Можно также использовать газ для повышения добычи нефти и угля — это даже выгодно. Но, опять-таки, это лишь повторное использование газа, который вновь возвращается в атмосферу. Более того, такой подход противоречит целям Парижского соглашения — ведь добыча углеводородов при этом увеличивается, а не сокращается. 

Но есть еще одно решение: производить из углекислого газа разнообразные материалы и товары. Безусловный плюс этого подхода — негативная эмиссия и полное исключение CO2 из круговорота веществ в природе. Так что же производят из углекислого газа? Давайте разберемся. 

https://ecosphere.press/2021/12/06/pojmaj-menya-esli-smozhesh-kak-rabotayut-tehnologii-zahvata-i-hraneniya-ugleroda/

Первые попытки

В 2015 году учеными из университета Джорджа Вашингтона была представлена технология по изготовлению из углекислого газа углеродного волокна и нанотрубок. Вообще этот ультрапрочный и легкий материал, устойчивый к высоким температурам и обладающий высокой силой натяжения, производится еще с конца XIX века, но традиционными способами изготавливать его очень дорого. При этом он активно используется в строительстве, промышленности, медицине, авиа- и машиностроении.

Неудивительно, что разработка ученых по изготовлению углеродного волокна из CO2 была названа «Алмазами с неба». Для процесса требуются только парниковый газ, от которого мы так хотим избавиться, и энергия солнца. Себестоимость в итоге составляет порядка 1000 $ за тонну материала. Сейчас внедрением технологии занимается компания C2CNT, основанная профессором Стюартом Лихтом, разработчиком этого метода. Компания ставит перед собой амбициозные задачи по извлечению CO2 из атмосферы и массовому внедрению своего углеродного волокна.

Дом из углекислого газа

Еще один материал, который человечество может производить из углекислого газа — это абсолютно незаменимый в строительстве бетон. Если для производства традиционного бетона используется известняк, запекаемый в специальных печах при огромной эмиссии CO2 (порядка 8% от всех антропогенных выбросов), то в случае с бетоном из углекислого газа процесс противоположный: углекислый газ не выбрасывается, а наоборот, становится частью изготовленного материала. Такой материал более твердый, прочный, долговечный и, что немаловажно, более дешевый.

Еще один плюс этой технологии — для нее необязательно строить новые предприятия, а достаточно модернизировать уже существующие. Сейчас экологичный бетон пытается внедрить в строительстве канадская компания Carbon Upcycling Technologie, но в целом подобных предприятий насчитывается более десятка.

В принципе, из экологичного бетона и материалов на основе углеродного волокна можно без особых проблем построить дом, но для комфортной жизни мало голых стен и потолка. 

Помимо бетона, нам очень сложно представить жизнь без пластика, хоть ученые и бьют тревогу по поводу пластикового загрязнения не первый год, а при производстве полимеров используются большие объемы ископаемого топлива. Но пластик тоже можно производить из улавливаемого из воздуха CO2.

Процесс этот непростой, в нем участвуют микроорганизмы, перерабатывающие углекислоту в биомассу, и сложные катализаторы. Но в перспективе он может оказаться значительно дешевле традиционного способа благодаря доступности основного компонента — углекислого газа. Уже сейчас эти технологии внедряют Ford (первый из автопроизводителей), IKEA, Econic и многие другие.

К «зеленому» будущему на углекислой тяге

Но и это далеко не все. Следующее на очереди — топливо. В принципе, способ производства бензина из углекислого газа известна с начала XX века, но он требует высоких температур и давления, а значит, весьма энергозатратен. Тем не менее, прогресс не стоит на месте. 

В Германии еще несколько лет назад было открыто небольшое производство бензина из CO2. Пока что конечный продукт выходит несколько дороже, чем получаемый из ископаемого топлива, но производители уверены, что развитие технологий, наращивание объемов и изменение налоговой политики могут изменить эту ситуацию.

С другой стороны, новейшие разработки, например, японских ученых дают возможность изготавливать топливо значительно проще и дешевле при помощи нетепловой плазмы. Также существует технология производства из углекислого газа метанола, используемого как в качестве топлива, так и в других областях — например, для производства все тех же пластмасс.

Кроссовки, еда и даже… водка

Строительные материалы, пластик, различные виды топлива… На этом возможности по превращению парникового газа в полезные предметы не заканчивается! Выпускающий спортивную обувь швейцарский бренд On выпускает обувь, все компоненты которой сделаны исключительно из извлеченного из воздуха углекислого газа. 

Стоимость производства этой пробной пары составила около миллиона долларов.

Тем временем базирующаяся в США фирма Air Company, уже продает парфюм, санитайзеры и — неожиданно! — водку, произведенные из углекислого газа. Для изготовления одной бутылки водки необходимо 0,2 м³ CO2 — так что теперь можно даже выпивать с заботой об атмосфере. К тому же, в такой водке нет никаких вредных примесей, вроде сивушных масел. И хотя цена продукта пока что довольно высока (65–80 долларов на сайте компании), кажется, что виной тому лишь ограниченность масштабов производства.

Из углекислого газа — а точнее из воздуха, содержащего CO2 — можно производить даже еду. Ученые из Лаппеенрантского технологического университета разработали довольно простую технологию изготовления питательной смеси в прямом смысле слова из воздуха. Смесь газов, которой мы дышим, содержит в себе все те же элементы, из которых состоит любой белок — азот, углерод, водород и кислород. Так что для производства еды нужно только электричество, с помощью которого молекулы в газах разбиваются на составные части, и немного бактерий, перерабатывающих все это в белки, жиры и углеводы.

Расчетная мощность завода, строящегося сейчас в Финляндии связанной с университетом компанией Solar Food, составляет 1 миллион тонн смеси в год, что может обеспечить едой 5 миллионов человек. Поскольку стоимость производства зависит только от стоимости электроэнергии и не требует ни доступа к воде, ни плодородных (да и любых других) почв, производство можно развернуть абсолютно в любом регионе. Эта технология способна внести свой вклад в решение проблемы голода (от которого на данный момент страдает порядка 9 процентов населения). 

Полученный продукт по вкусу и консистенции похож на обычную пшеничную муку. Возможно, это не слишком привлекательно с гастрономической точки зрения, но зато его можно использовать в качестве основы для производства огромного разнообразия продуктов. К тому же, у смеси неплохой химический состав: 50–60 % белка, 20–25 % углеводом и 5–10% жиров.

Российские разработки

А что же в России? Хотя в отечественных научных центрах, например, в Новосибирске, и ведутся разработки в области производства из CO2, практического применения они пока не находят. 

Сейчас речь идет только о планах по улавливанию углекислого газа нефтегазовыми компаниями и его захоронении (вероятно, в Западной Сибири) или использовании для увеличения добычи ископаемого топлива. Например, Роснефть собирается запустить пилотный проект по улавливанию углекислого газа к 2028 году. А потенциал улавливания углерода в России, по оценкам специалистов, составляет больше 1 миллиарда тонн. И все эти тонны можно было бы использовать для производства, не отставая от других стран.

Что дальше?

Согласно данным, представленным учеными из Мичиганского университета, переработка углекислого газа в промышленных масштабах способна сократить мировую эмиссию CO2 на 10 %. Конечно, одного этого недостаточно, чтобы остановить глобальное потепление: главным способом борьбы с ним все равно должно оставаться сокращение выбросов. Но вместе с другими мерами использование углекислого газа как сырья для производства других продуктов может помочь нам не превратить нашу планету в «Необитаемую Землю».

Posted in Взгляд, Климат, Наука, Технологии by Экосфера with comments disabled.

Июл 27th Как Советский Союз был пионером ветроэнергетики

Одна из древнейших используемых человеком энергий — энергия ветра, получила первое применение при постройке парусных кораблей, в далекой древности, порядка 6000 лет назад. Первые ветродвигатели, использовавшиеся в ветряных мельницах для помола зерна, начали использоваться во II в. до н.э. в Персии. А электричество из энергии ветра впервые добыл при помощи ветрогенератора в 1887 году британец Джеймс Блит. 

Сегодня ветроэнергетика рассматривается как ключевой элемент “зеленой” экономики, без которого невозможен переход к безуглеродному получению энергии. Мощности ВЭС в мире в среднем растут на 10% в год. Россия пока качественно отстает в технологиях и масштабах получения электроэнергии из ветра, правда, Росатом стремится наверстать упущенное — существует целая программа по развитию ветроэнергетики в России. Однако, были времена, когда в нашей стране разрабатывались передовые модели ветрогенераторов, добытое из силы ветра электричество шло на обеспечение нужд народного хозяйства, а энтузиасты изобретали и внедряли собственные разработки.  

«Коммунизм есть Советская власть плюс электрификация всей страны»

В. Ленин

Нехватка электроэнергии была одним из ключевых препятствий на пути модернизации экономики и жизни СССР после трагичных событий, давших рождение советской республике. Тем больше надежд возлагалось не только на упорный труд в попытке “догнать и перегнать”, но и на какое-нибудь неожиданное решение, способное перенести общество, как сквозь кротовую нору, из отсталости в технологическое электрифицированное будущее. Таким решением вполне могла бы оказаться ветроэнергетика.

Покоряя энергию ветра

Систематические научные исследования по получению электроэнергии из ветра были начаты уже в 1918 году, когда профессор Николай Егорович Жуковский основал Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). В задачи Отдела ветряных двигателей в нем входили: “изучение ветряных двигателей как теоретическое, так и экспериментальное; обработка и систематизация соответственного литературного материала; изыскание способов применения ветряных двигателей к различным отраслям промышленности; составление проектов двигателей.”

Заведующий отделом, Николай Валентинович Красовский, опытный летчик, участник Первой мировой войны, начал опыты в 1919 году с небольшого американского ветрячка, установленного на крыше Аэродинамического института в Кучине. А уже в 1923 году, на Первой сельскохозяйственной выставке в Москве, командой отдела был представлен новый ветрогенератор с динамо-машиной, получивший диплом I степени. Размер башни, на которой был установлен аппарат, составлял 25 метров, а диаметр лопастей шесть метров. 

Было решено установить такой ветрогенератор на Бакинских нефтепромыслах. Под руководством Красовского, на нефтяной вышке поставили ветрогенератор с диаметром лопастей уже 14 метров. Так это непростое предприятие описывалось в советской литературе:

“Руководил сборкой Красовский. Он сам вязал бревна для подъема наверх, первый лез туда, куда боялись лезть рабочие, увлекая их своим примером. Но рабочие, зараженные примером инженера, и сами скоро освоились с необычной для них работой на большой высоте. Все это время, пока строился ветряк, Красовскому пришлось вести спартанский образ жизни. Не было подходящего помещения для жилья и даже мебели. Конструктор спал на голых досках, подстелив под себя газету и покрывшись солдатской шинелью, с которой он не расставался.”

Самая мощная в мире ВЭС

Видимо, бакинский опыт оказался вполне успешным, так как работы продолжились, в ЦАГИ под руководством Григория Харлампиевича Сабинина была создана уникальная ветросиловая лаборатория, а в 1931 году в Балаклаве (Крым) был введен в строй первый экспериментальный ветроагрегат мощностью 100 кВт — самый мощный в мире на тот момент. 

Ротор для этого аппарата был разработан Сабининым и Красовским на основе точных вычислений и экспериментальных исследований в ветросиловой лаборатории ЦАГИ; Опорную конструкцию спроектировал знаменитый архитектор Владимир Шухов (создатель легендарной башни), а аппаратную часть — талантливый инженер Юрий Кондратюк. Интересно, что Кондратюк во время утверждения проекта был в ссылке, поэтому документ подписывал Николай Никитин, который позже спроектирует Останкинскую башню. До самой войны эта огромная ветроустановка весом в 9 тонн и диаметром лопастей в 30 метров давала электричество для трамвайной линии Балаклава–Севастополь, но боевые действия на полуострове, увы, не пережила. 

Уже в 1932 году Наркомтяжпром объявил конкурс на проект Крымской ветроэлектростанции, которая должна была обеспечивать электроэнергией все южное побережье полуострова. Проект выиграл Кондратюк — башня должны была достигать высоты 165 метров и обладать двумя 80-метровыми ветроколесами, размещенными на двух уровнях. Проект поддержал нарком Орджоникидзе и работы даже начались, в 1936 году для ветрогенератора на 12 000 кВт был построен фундамент возле горы Ай Петри. Однако вскоре после смерти наркома масштабы проекта были сокращены, а уже в 1938 году проект и вовсе свернули и воплощения он так и не получил.  

Тогда же было налажено серийное производство ветрогенераторов малой мощности (3–4 Квт), использовавшиеся в сельском хозяйстве и кустарной промышленности, преимущественно в отдаленных районах. Например, в родном стойбище чукотского писателя Юрия Рытхэу Улак, электрическое освещение появилось в конце 1930-х годов именно благодаря ветродвигателю, который обеспечивал электроэнергией и соседнюю полярную станцию.

Проект ветроэлектрификации всей страны

Другое неоспоримое достижение советской ветроэнергетики 1930-х годов — ветроэлектростанция Уфимцева, построенная в Курске знаменитым энтузиастом, “поэтом в области научной техники”, как выразился близко общавшийся с ним Максим Горький. Анатолий Георгиевич Уфимцев — курский самоучка, внук купца и астронома-любителя Ф.А. Семенова, родился в 1880 году. Он не закончил даже реальное училище, но с ранних лет занимался изобретательством. В 16 лет он соорудил специальное перо для копирования прокламаций, а в 1898 году изготовил с друзьями взрывное устройство и, руководствуясь антицерковными мотивами, произвел взрыв в церкви (никто не пострадал), за что впоследствии получил пять лет ссылки в Акмолинске.

Всю свою жизнь, не считая ссыльных лет, изобретатель прожил в родном Курске. Всего он получил 68 патентов, включая несколько интересных новаторских конструкций самолетов и двигателей. В 1929 году, Уфимцев построил в Курске довольно мощную (7 кВт) ветроэлектростанцию, впервые в мире оснащенную аккумулятором для равномерной отдачи энергии ветродвигателя и поворотными лопастями. Высота станции составляла 42 метра, а диаметр лопастей 9 метров. Часть средств на постройку выделило правительство, кроме того, активную поддержку изобретателю оказывали в ЦАГИ. Важно, что для энтузиаста Уфимцева это был не просто эксперимент ради науки и техники — он, вместе с известным в то время ученым-теоретиком профессором Ветчинкиным, провел статистические расчеты по районам России и они подтвердили гипотезу, что вся энергетика страны может быть основана на энергии ветра. Дело оставалось только за техническим воплощением. 

Ветроэлектростанция Уфимцева успешно работала, давая электропитание дому и мастерской изобретателя, а также освещая еще несколько домов по улице. Более масштабную ветроэлектрификацию остановила внезапная смерть изобретателя: 1936 году Уфимцев заболел тифом и скончался. Его творение не переставало работать, перенесло войну и оккупацию, но в 1957 году было остановлено для ремонта и замены деталей. К сожалению, техническая документация не сохранилась, а инженеры не смогли разобраться в конструкции, так что уникальную ветроэлектростанцию запустить снова уже не удалось. 

От энергии ветра к нефти

После Второй мировой войны развитие ветроэнергетики в СССР не остановилось, в то время как в странах Запада эта отрасль на тот момент не приобрела сколько-то заметного потенциала. Имея за спиной значительные теоретические и технические наработки, ветроэнергетика развивалась и внедрялась в различные отрасли народного хозяйства. В 1950-е годы в стране производилось до 9 тысяч ветроустановок в год единичной мощностью до 30 кВт. На целине в Казахстане впервые была сооружена многоагрегатная ветроэлектростанция, работавшая в паре с дизелем, общей мощностью 400 кВт. 

Издавались научно-популярные книги и специализированная научная литература о строении ветродвигателей и их применении в экономике (от механизации животноводческих ферм, до электрификации отдельных железнодорожных будок). Изготовление и совершенствование ветряков стало излюбленным хобби для многих советских энтузиастов. 

В 1960-е годы, когда были открыты казавшиеся неисчерпаемыми нефтяные и газовые запасы Сибири, развитие ветроэнергетики в СССР было заморожено. Ископаемая энергия была значительно дешевле, получил развитие “мирный атом”, и советская экономика переориентировалась на строительство ТЭС, ГЭС и АЭС.

Уже в ходе Перестройки, в условиях крайнего дефицита, внутри министерств родился и был согласован проект по модернизации и развитию ветроэнергетики. МКБ «Радуга» Минавиапрома СССР и НПО «Южное» Минобщемаша СССР к 1990 году организовали серийное производство современных ветроэнергетических установок мощностью 200, 250 и 1000 кВт. Началось создание первых крупных системных ветроэлектростанций: Восточно-Крымской, Ленинградской, Калмыцкой, Магаданской и Заполярной (в Воркуте). Со скрипом начавшийся проект быстро заглох после того, как СССР перестал существовать, а развитие ветроэнергетики в России было фактически приостановлено на два десятилетия. 

Тем временем, стоимость электроэнергии полученной от силы ветра стремительно дешевела благодаря развитию технологий и завоевывала свою нишу на мировом рынке. Попытки восстановления отрасли в России, предпринятые в нулевые годы, провалились, и только несколько лет назад начали действовать государственные программы поддержки и развития ветроэнергетики. Благодаря этим запоздавшим мерам, в России снова строятся ветроэлектростанции (крупнейшая запущена совсем недавно в Ставропольском крае), ведутся научные разработки и налаживается собственное производство ветрогенераторов совместно с датской компанией Vestas. 

Правда, сегодняшние российские достижения выглядят весьма скромно на фоне мирового уровня развития ветроэнергетики. Мощность отечественных ветроустановок всего лишь немного превышает 600 МВт, а к 2024 году планируется увеличить этот показатель до 1,8 ГВт. Для сравнения, в Китае только в 2017 г. мощность ветроустановок составила 188,4 ГВт, в США 89 ГВт, в Германии 56,1 ГВт — и каждый год эти показатели увеличиваются в среднем на 10%. Так что пока Россия только строит свои новые ветроэлектростанции на основе зарубежных технологий, во многих странах этот тип зеленой энергии уже занимает заметную долю в общем производстве электричества. Все это особенно печально, если вспомнить, что когда-то СССР был одним из лидеров ветроэнергетики. 

фото на обложке: Дмитрий Солодянкин / https://zen.yandex.ru/netakie

Posted in Взгляд, История, Энергетика by Экосфера with comments disabled.

Июл 20th Метан — опасный парниковый газ или ключ к решению климатического кризиса

Проблема глобального потепления традиционно связывается в первую очередь с выбросами углекислого газа (CO₂). Уже сейчас глобальная средняя температура Земли на 1,1 градус выше, чем в конце XIX века, а через двадцать лет, весьма вероятно, что этот показатель успешно достигнет 1,5 градусов, сорвав таким образом планы человечества зафиксированные в Парижских соглашениях.

Опубликована подробная карта крупнейших источников выбросов парниковых газов

Причиной тому не только медлительность и недостаточность предпринимаемых шагов. Дело еще и в том, что атмосфера и экология Земли устроены крайне сложно и на любой процесс внутри этой системы оказывают влияние множество различных взаимосвязанных факторов. C выбросами углекислого газа и механизмами его сокращения сейчас уже все более-менее понятно и на первом плане в этом вопросе стоят политические решения. Поэтому внимание ученых обращается к еще одному распространенному в атмосфере Земли парниковому газу — метану (СH₄).

Обсуждение уже идет на самом высоком уровне: метан стал одной из главных тем 26-ой конференции ООН по изменению климата, прошедшей в ноябре в Глазго. Большинство участников конференции подписали соглашение о сокращение выбросов этого газа на 30% к 2030 году — воздержались только, Китай, Индия, Иран и Россия.

Забытая угроза

Как и любой другой парниковый газ, метан задерживает в атмосфере тепло, не давая планете остыть и превратиться в безжизненный космический объект. Но с ростом человеческой деятельности растут и выбросы метана, что нарушает баланс в атмосфере и повышает температуру планеты.

Процесс исследований метана начался еще несколько десятилетий назад (наличие значительного количества метана в атмосфере было открыто только в 1947 году), но именно сейчас собранных данных оказалось достаточно, чтобы сделать первые выводы: с одной стороны, пугающие, а с другой — вселяющие надежду. Дело в том, что метан гораздо активнее диоксида углерода, что делает его более опасным. Но при этом сокращение метана в атмосфере может стать наиболее быстрым способом снизить темп глобального потепления.

• На отрезке в 20 лет, метан в 87 раз активнее углекислого газа. На отрезке в 100 лет — в 25 раз.

Выбросы метана сейчас составляют порядка 20% от всех парниковых газов, что делает его вторым по значимости газом после диоксида углерода (70%). Как отмечают ученые, в отличие от углекислого газа, способного оставаться в атмосфере около 100 лет, срок жизни метана значительно короче, всего порядка 10 лет. Однако СН₄ гораздо эффективнее удерживает тепло, чем более распространенный СО₂, а значит, вносит больший вклад в потепление на единицу массы. По оценкам ученых, Потенциал глобального потепления (Global warming potential, GWP — коэффициент, определяющий степень влияния на глобальное потепление парниковых газов) каждой тонны попадающего в атмосферу метана на отрезке в 20 лет в 87 раз выше, чем влияние углекислого газа того же объема. На протяжении 100 лет этот показатель значительно снижается, но тем не менее оказывается в 25 раз выше, чем у CO₂.

На сегодняшний день, концентрация метана в атмосфере уже превысила доиндустриальный уровень в 2,5 раза. Только в период с 2000 по 2017 год выбросы метана увеличились на 9%, то есть более чем на 50 миллионов тонн в год. Даже пандемия коронавируса и последовавшие строгие карантинные меры по всему миру не смогли сократить выбросы, несмотря на оптимистичные ожидания многих ученых.

Метан в экосистемах

Метан — газ, не имеющий ни вкуса ни запаха — был обнаружен, описан и классифицирован еще в 1776 году знаменитым итальянским физиком Алессандро Вольта (именно его именем названа единица измерения электрического напряжения — вольт). Заинтригованный статьей Бенджамина Франклина о «горючем воздухе», Вольта собрал газ выделяемый со дна болот и выделил из него чистый метан, крайне пригодившийся человечеству в дальнейшем. Сегодня этот газ используется в качестве топлива для обогрева и приготовления еды, а также в автомобильных и ракетных двигателях. Не удивительно, что его масштабное применение повлияло на концентрацию метана в атмосфере. Только 40% выбросов этого газа вырабатывается в результате естественных природных процессов, остальные же имеют антропогенный характер.

При этом до 80% от природных выбросов (25–32% всех выбросов) приходится на болота, особенно тропические. Здесь, в увлажненных почвах, хорошо себя чувствуют метаногенные бактерии, ответственные за естественное производство поступающего в атмосферу метана. Не случайно, что другое название метана — болотный газ. Похожим образом образуется метан в донных отложениях озер (это при том, что их биопродуктивность в 10 раз ниже, чем у болот). Вырабатывают метан и океаны, хотя и меньше, чем пресноводные водоемы. Еще один источник метана — лесные пожары, во время которых газ образуется из-за неполного сгорания биологического материала. Также метан выделяется в атмосферу в ходе процессов в желудочно-кишечном тракте жвачных животных и пищеварение некоторых насекомых, например, термитов.

Наконец, важным но недостаточно изученным источником СH₄ является таяние вечной мерзлоты, вызванное потеплением. Мерзлота занимает на нашей планете впечатляющие 35 млн. км² (более 30% которых приходятся на Россию). Постепенно оттаивающие почвы богаты как самим газом, так и органическими веществами, перерабатываемыми в метан бактериями. По прогнозам ученых, даже если удастся остановить глобальный рост температуры на отметке 2 градуса, все равно к 2100 году четверть приповерхностного слоя мерзлоты растает, а к 2200 году и вовсе исчезнет до 60% площади вечной мерзлоты.

(Не только) природный газ 

Большая часть метана вырабатывается в ходе хозяйственной деятельности человека. В первую очередь (порядка 30%) это разведение сельскохозяйственных животных — так же как и дикие, домашние жвачные животные производят в процессе пищеварения метан (каждая корова, например, ежедневно отправляет в атмосферу порядка 300 литров газа). Ради обеспечения растущего населения планеты мясом и роста прибылей животноводческих компаний, увеличивается и поголовье крупного рогатого скота, впервые превысившее в этом году 1 миллиард голов. Лидером здесь выступает солнечная Бразилия, с более чем 220 млн. голов при населении в 213 млн. человек: то есть коров в этой стране больше, чем людей. Значительная часть бразильской говядины уходит на экспорт, а для расширения пастбищ ежегодно вырубаются тысячи квадратных километров амазонских тропических лесов.

Еще одним интенсивным источником метана являются рисовые поля, залитые водой. Искусственно увлажненная почва хороша не только для риса, но и для бактерий, активно вырабатывающих метан. Этот процесс схож с тем, что происходит в болотах, только более интенсивен. Корни риса активно вырабатывают вещества, служащие пищей для бактерий, поэтому поля становятся идеальной средой для сытой жизни выделяющих метан микроорганизмов.

Наконец, четверть выбросов метана приходится на добычу, транспортировку и переработку нефти и природного газа, а также, в меньших степени, на добычу угля. Частично он выпускается в атмосферу в качестве сопутствующего газа, но также значительные объемы высвобождаются при поломках и утечках. Буквально этим летом, в июне, крупная утечка произошла в Татарстане, на обслуживаемом «Газпромом» трубопроводе. По данным самой компании, в атмосферу тогда утекло 2,7 млн. куб. метров газа, что эквивалентно использованию 40 000 автомобилей в течение года. Обнаружить эту утечку удалось благодаря передовой системе спутникового наблюдения за выбросами метана.

Нельзя забывать и про все разрастающиеся полигоны, собирающие отходы жизнедеятельности мегаполисов, где органический мусор разлагается под воздействием вырабатывающих метан бактерий. И сжигание мусора тут никак не поможет — при горении снова и снова образуется отправляющийся в атмосферу газ.

Как сократить выбросы метана?

Метан сейчас — ключевой фактор в борьбе за ограничение потепления отметкой в 1,5–2 градуса, но действовать нужно прямо сейчас. По оценкам экспертов ООН, именно значительное сокращение выбросов СH₄ на 45% к концу десятилетия помогло бы уменьшить рост температуры на планете на 0,3 градуса к 2045 году, предотвратив 260 000 преждевременных смертей, 775 000 связанных с астмой обращений в больницы и 25 млн. т. потерь урожая.

• Сокращение выбросов СH4 на 45% к концу десятилетия снизит рост температуры на планете на 0,3 градуса к 2045 году

Хорошая новость заключается в том, что технологии, способные привести к сокращению выбросов метана, уже существуют. При этом они, как правило, недороги и способны себя окупить. Вот самые распространенные из них:

1) Корма и пищевые добавки для коров

Для сокращения выбросов метана производимого во время пищеварения коров и других домашних жвачных животных можно, с одной стороны, использовать более качественные корма. Так, если бы все коровы в мире в течение года получали пищевую добавку Mootral Ruminant, сокращение выбросов метана было бы эквивалентно удалению с дорог 330 млн. автомобилей. А добавление в рацион коров морских водорослей, как указывают ученые Калифорнийского университета, способно сократить выбросы на целых 82%. С другой стороны, можно собирать выделяемый газ в специальные хранилища и использовать его потом, например, в качестве топлива, как предлагают делать аргентинские ученые, разместившие баки для метана прямо на спине парнокопытных.

2) Новые виды удобрений и сорта растений

Специальные удобрения и способы выращивания риса без затопления почв, а также внедрение новых сортов, позволит сократить выбросы метана производимого бактериями в почве. Например, еще в 2015 году шведские ученые разработали генно-модифицированный сорт, добавив ген ячменя. Такой рис стал более питательными, а в корнях его, наоборот, запасается меньше питательных веществ необходимых бактериям.

3) Улавливание на шахтах и угольных месторождениях

CH₄ находящийся в угольных шахтах, а также сопровождающий нефтяные месторождения и залежи природного газа также можно и нужно не выбрасывать в атмосферу, а собирать и в дальнейшем использовать в качестве топлива для производства электричества. Газотурбинные электростанции, работающие на полученном из шахт метане уже сейчас действуют в Австралии, Германии, Китае и ряде других стран. Кроме того, переработка мусора поможет разгрузить загрязняющие атмосферу свалки. Рецепты эти уже известны и требуют скорейшего внедрения.

***

То, что 105 стран договорились снизить выбросы метана на треть к 2030 году — очень важный шаг. Даже при том, что многие природозащитные организации выступили с критикой решений, назвав их недостаточными. Остается надеяться, что Россия, один из мировых лидеров по выбросам метана, тоже вскоре присоединится к соглашению. Чем быстрее политики России, Китая и Индии придут к пониманию важности ограничения выбросов метана, тем больше у нас шансов выйти из климатического кризиса. 

Posted in Взгляд, воздух, Климат, Технологии by Экосфера with comments disabled.

Июл 6th Опасный бетон. Почему главному строительному материалу нужна альтернатива

Бетон — самый широко используемый строительный материал планеты. Каждый день мы проходим среди бетонных зданий и гуляем по заасфальтированным дорогам. Человечество настолько привыкло к этому, что большинство даже не задумывается о количестве бетона, сопровождающего нас в повседневной жизни. Простой пример: если разделить массу этого материала, используемого каждый год в строительстве, на население планеты, то окажется, что на одного человека приходится около 3 тонн бетона. Таким образом, бетон — это второй по объему потребления ресурс после воды.

С точки зрения экологии, бетон представляет собой одну из самых больших угроз для планеты и климата на каждом шаге его производства, использования и даже на протяжении многих лет после строительства. Но обо всем по порядку. 

Минус вода и песок

Основными компонентами бетона являются цемент, щебень, песок и вода. Казалось бы, всего этого на Земле в избытке. Но количество производимого бетона означает, что многие ресурсы оказываются под угрозой. 

Дело в том, что для бетона не подойдет любой песок — необходим именно морской его вариант. Он обкатан водой, а не ветром, и такие песчинки лучше крепятся друг к другу. Тогда как пустынный песок более округлый и не подходит для производства бетона. Человечество использует морской песок гораздо быстрее, чем волны океанов успевают пополнить запасы — со временем это неизбежно приводит к его нехватке. Правда, в России в основном используется не морской, а карьерный песок, но эта оговорка не умаляет глобальную проблему.

С водой дела обстоят не лучше. В 2012 году 9% всей использованной человечеством воды ушло исключительно на производство бетона. Согласно прогнозам журнала Nature Sustainability к 2050 году 75% всей воды, необходимой для производства бетона, будет использоваться в развивающихся странах. Например, в Индии, где жителям мегаполисов воды уже сейчас не всегда хватает даже для питья.

Цемент значит CO2

Цемент для производства бетона создается путем измельчения клинкера и гипса. Для того чтобы из глины и известняка сделать клинкер, их необходимо нагреть до 1400°C.  Такие температуры требуют больших затрат энергии, а это значит, что в атмосферу попадает огромное количество углекислого газа. За 2015 год 8% всего высвобожденного человечеством CO2 пришлось исключительно на производство клинкера. Если бы бетон был страной, он занимал бы третье место по уровню выбросов — после США и Китая. 

Итак, с экологическими проблемами при производстве разобрались. Но что же происходит после того, как бетон уже залит, здания построены, и шоссе забетонированы? Казалось бы, худшее уже позади, но на самом деле проблемы только начинаются. 

От потепления до наводнений: как бетон меняет климат городов

Дело в том, что наши бетонные города в жаркие дни нагреваются гораздо быстрее, чем деревни, где этот материал почти не используется. Этот феномен — городской остров тепла — хорошо изучен географами и урбанистами. В частности известно, что разница температур в городах с населением более миллиона человек и за их пределами может достигать 5°C. Это приводит к проблемам со здоровьем у жителей, ухудшению качества питьевой воды, а также повышает потребление электричества для вентиляторов и кондиционеров — т.е. возникают дополнительные выбросы CO2. Возникает петля обратной связи, хорошо известная климатологам: повышение температуры приводит к еще большему повышению температуры. 

Одно из самых заметных следствий глобального потепления — увеличивающееся с каждым годом число природных катастроф: цунами, землетрясений, торнадо, наводнений… Список можно продолжать бесконечно, но, в случае с бетоном, больше всего нас должны волновать наводнения. Забетонированные дороги и шоссе не позволяют пришедшей воде быстро уходить в землю. Так, наводнения становятся более разрушительными. Они приносят с собой больший экономический ущерб, уносят большее количество человеческих жизней и затрудняют восстановление разрушенных городов. 

В 2017 году американский мегаполис Хьюстон пережил самое мощное наводнение в своей истории. Оно унесло не менее 80 жизней, а экономический ущерб был оценен в 70 миллиардов долларов. Ученые сходятся во мнении, что основной причиной разрушений стал именно бетон, так как Хьюстон — один из самых забетонированных городов континента. 

Экологичные альтернативы бетону

Бетонный кризис действительно существует. Но правда ли все настолько плохо? И да, и нет. 

За последние 20 лет количество углекислого газа, попадающего в атмосферу из-за бетона, уменьшилось в среднем на 18% благодаря увеличению энергоемкости технологий производства.  Более того, стали появляться компании, занимающиеся разработкой более экологичных альтернатив привычным строительным материалам. 

Множество предприятий по всему миру сегодня работают над тем, чтобы сделать бетон более «зеленым». Правда, большинство из них останавливаются на вторичном использовании элементов бетона: это помогает экономить ресурсы и затраты на производство. Но есть и те, кто идет дальше. 

Например, компания SolidiaTech разработала собственную технологию Solidia, которая позволяет снизить количество высвобождаемого CO2 до 60%, и не требует при этом установки нового оборудования. Также у них есть второй вариант производства цемента, при котором затвердевание происходит не с добавлением воды, а при использовании углекислого газа. Это существенно снижает стоимость и длительность процесса, и, самое главное, сокращает концентрацию CO2 в атмосфере. 

Кто-то идет еще дальше, и предлагает полностью отказаться от использования цемента в строительстве в пользу, например, дерева или железного камня Ferrock, созданного из отходов металлургической промышленности. Пока сложно сказать, чем конкретно человечество заменит бетон. Большинство существующих альтернатив не обладают таким же набором качеств (твердость, морозостойкость, теплопроводность и простота создания), или требуют значительно больших денежных затрат на этапе производства и ухода.

Мы еще очень далеки от решения проблемы бетона. По самым оптимистичным оценкам, при существующих темпах развития миру потребуется около 20 лет, чтобы новые материалы полностью заменили собой стандартный бетон. Также экологичных разработок может оказаться недостаточно — многие считают, что без строгого регулирования со стороны государства на уровне законодательства отказаться от бетона не получится. 

Бетон предоставил нашей цивилизации возможность развиться до того уровня, на котором мы сейчас находимся. Его дешевизна, стойкость и простота производства позволили забыть о проблемах, преследующих человечество на протяжении всего хода истории — недостаток жилья и его недолговечность. Но настоящее ставит перед нами новые вызовы, и если мы предпочтем их игнорировать в угоду экономической выгоды, условия жизни на планете могут необратимо измениться. 

Posted in Взгляд, Вода, Земля, Климат, Обзор, Технологии by Экосфера with comments disabled.

Июн 29th Как мицелий становится материалом будущего

Фото: canva

В последние несколько лет вокруг грибов возник настоящий культ: дизайнеры посвящают им модные коллекции, шеф-повара изобретают новые ферментированные блюда и напитки, психологи рекомендуют их для лечения депрессивных состояний, а диетологи — для усиления иммунитета и борьбы с хроническими заболеваниями.

Грибы спасают нас не первый раз. Египтяне упоминали лечебные свойства плесневых грибов еще в папирусах XV века до н.э., хотя официальная медицина признала эти свойства лишь в 1928 году, когда Александр Флеминг открыл пенициллин. Этот антибиотик совершил настоящий переворот в истории современной медицины и спас миллионы человеческих жизней.

Сегодня же многочисленных представителей царства грибов (большинство которых по-прежнему не исследованы или не известны науке) все чаще призывают себе на помощь экологи.

Пожиратели мусора

Разнообразие грибов, их умение приспосабливаться к окружающим условиям и хитросплетения образуемых ими систем поражает: чтобы заглянуть в этот мир, достаточно почитать книгу «Запутанная жизнь. Как грибы меняют мир, наше сознание и наше будущее» Мерлина Шелдрейка.

Правда, грибы нередко обладают токсичными свойствами, но правда и в том, что многие из них имеют способность расщеплять ядовитые вещества и перерабатывать их в более безопасные. Этот процесс называется микоремедиацией, и сегодня экологи находят пути ее использования в борьбе с загрязнениями природы.

Шум грибов в ушах

Вот лишь некоторые варианты применения. Питер МакКой, миколог-самоучка с 16-летним стажем и основатель движения Radical Mycology, обнаружил, что при помощи обыкновенных вешенок можно утилизировать сигаретные окурки — самый распространенный в мире мусор. За несколько недель мицелий поглощает ацетат целлюлозы, из которого сделан фильтр, так как по своей структуре он схож с органическим целлюлозным волокном — любимой питательной средой вешенок. Наличие в окурках токсичных смол, как оказалось, не является проблемой для грибов. Как утверждает Питер, грибницу можно «приучить» к любому питательному рациону — главное, знакомить ее с новой субстанцией постепенно.

Дизайнер из Бельгии Одри Шпейер используя те же научные выводы основала стартап PuriFungi и разработала пепельницу из грибов. Окурки, оставленные в такой пепельнице, за 1-2 месяца перерабатываются мицелием, а из оставшегося после этого биоматериала можно создавать новые такие же пепельницы. 

С 2017-го года ведутся исследования плесневого гриба Aspergillus tubingensis, который прославился своей способностью за несколько недель разлагать полиуретан, а в настоящее время широко используется для производства ферментов и аскорбиновой кислоты. Ученым предстоит узнать, сможет ли этот гриб стать решением мировой проблемы загрязнения пластиком.

Грибы способны очищать воду и почву после разливов нефти и утечки тяжелых металлов — уже сейчас для этих целей можно использовать специальные ферменты грибкового происхождения. Фильтры из мицелия применяется для очистки воды — этот процесс получил название микофильтрация. Их устанавливают в дренажных трубах для того, чтобы избежать заражения водоемов тяжелыми металлами или фекальными колиформными бактериями.

А кроме того экологи пытаются поставить супер-способности грибов на борьбу с радиацией: оказалось, что грибковые колонии Cryptococcus neoformans, разросшиеся на стенах энергоблока Чернобольской АЭС, «питаются» энергией гамма-излучения и превращают ее в химическую энергию — этот процесс схож с фотосинтезом у растений.

Микоремедиация проникает даже в сферу ритуальных услуг — в Нидерландах, например, изобрели гробы на основе мицелия, которые преобразуют тело умершего в питательные вещества для растений.

Целительная сила

Антибактериальные свойства грибов используются не только в медицине (для производства антибиотиков), в нутрициологии (в качестве БАДов и супер-фудов) и в косметологии (в виде экстрактов и ферментов в составе кремов).

Сейчас ученые пытаются с их помощью остановить массовую гибель пчел. Вымирание пчел — одна из самых острых проблем современной экологии, побочный эффект интенсивного развития сельского хозяйства с постоянным использованием инсектицидов. Но кроме того, колонии пчел по всему миру поражают различные вирусные заболевания. Возможность использования грибов для борьбы с вирусами подсказали сами пчелы — они частенько употребляют в пищу мицелий. Во время экспериментов в корм пчелам добавляли экстракт трутовика Ganoderma resinaceum, и результаты оказались оптимистичными: пчелы стали в 79 раз реже заражаться вирусом деформированного крыла и в 45 тысяч раз — вирусом Лейк Синай (LSV).

О микофабрикации — создании новых материалов на основе мицелия — мы уже писали. Новые экологичные в производстве, биоразлагаемые ткани, строительные и упаковочные материалы постепенно проникают практически во все сферы нашей жизни. Сейчас их взяла на вооружение индустрия косметических средств: в продаже появились одноразовые маски для лица, патчи для век и спонжи для макияжа, созданные по технологии MycoFlex™.

Существуют и не совсем очевидные пути, как грибы могут улучшить экологию планеты. Например, экологи считают, что грибы способны защитить от гибели тропические леса, если начать использовать их… для производства альтернативного корма для рыбных хозяйств. Финская компания EniferBio в этом году опубликовала исследование, согласно которому гриб Paecilomyces varioti и извлекаемый из него белок под названием Pekilo смогут заменить сою. В XX веке Pekilo активно использовался для корма свиней и кур в Финляндии, но в 1991-м году его производство прекратилось.

Рыбная промышленность напрямую зависит от выращивания соевых бобов — основного компонента корма для рыб. Спрос на продукты аквакультуры и потребление рыбы в мире постоянно растут (за последние полвека они почти удвоились), а вместе с ними расширяются и плантации бобов. Это одна из причин обезлесения: ради плантаций сои уничтожаются огромные площади дождевых лесов Амазонии.

Почему уничтожают леса Амазонки и как это касается всех нас?

Инженеры экосистем

Но самые главные суперспособности грибов скрыты от нас под поверхностью земли — в колоссальной подземной сети, которые ученые иногда называют wood-wide web. Масштабы этой сети и удивительные ее способности мы по-прежнему знаем очень мало. Но самое важное нам уже известно: эти сети могут стать ключом к решению климатических проблем, вызванных выбросами диоксида углерода — ежегодно они поглощают около 5 млрд. тонн углекислого газа. Речь, конечно же, о микоризных сетях, без которых существование растительного мира на земле было бы невозможно.

Микориза — это симбиотическая связь мицелия с корневой системой растений, и примерно 90% всех известных науке сосудистых растений состоят в отношениях такого симбиоза с грибами. 

Грибы и растения обмениваются питательными и минеральными веществами, влагой и химическими сигналами. Растения благодаря грибам получают необходимые для них фосфорные соединения и азот, а также цинк и медь, в ответ снабжая грибы углеродом. Но грибы не только «кормят» растения, но и обеспечивают защиту от болезней, помогают поддерживать связь одного растения с другим. Этот процесс начался около 500 миллионов лет назад — как показали исследования, именно грибница обеспечила необходимые условия для того, чтобы морские растения смогли переселиться на сушу и начать эволюционировать самостоятельно. Это вызвало сокращение уровня диоксида углерода в атмосфере планеты на 90%.

Сегодня микоризные сети все так же поглощают гигантские объемы углерода и помогают уменьшить последствия самой большой экологической проблемы современности. Благодаря грибнице, не все углеродные выбросы отправляются в атмосферу — треть из них оседает в почве — деревья поглощают СО2 в процессе фотосинтеза и «передают» его через корни под землю (около 75% всего углерода на планете оседает в почве). Ученые установили, что в лесах с развитыми микоризными сетями деревья поглощают диоксид углерода особенно эффективно. Кроме того, микоризные грибы поддерживают плодородный слой почвы, уберегая его от эрозии и вымывания. Благодаря им питательные вещества не вымываются вместе с дождями. 

При этом микоризные сети по-прежнему очень мало изучены. Ученым сложно постичь эти живые организмы во всем их немыслимом масштабе: достаточно вспомнить гиганта из Орегона, самый огромный организм на планете — грибница опенка темного из заповедника Малур разрослась на площади почти в 9 гектаров. 

Почему микоризные сети умирают?

Одной из главных причин уничтожения микоризных грибов стало сельское хозяйство, набравшее в XX веке немыслимые прежде обороты. От микоризы во многом зависит плодородие почвы, и знания об этом тысячелетиями использовались в традиционном земледелии. Но современное сельское хозяйство сделало свою ставку не на уникальные способности грибов, а на минеральные удобрения и интенсивное вспахивание. Из-за этого грибные сети, формировавшиеся столетиями, гибнут.

Ситуацию усугубляют такие признаки глобального экологического кризиса, как пожары, засуха и обезлесивание. Кроме того уничтожение грибницы связывают с загрязнением атмосферы кислотными оксидами и оксидами азота. Исследования показывают, что в лесах, где выпадают кислотные осадки, вырастает меньше деревьев, образующих микоризные связи. 

С гибелью микоризных грибов нарушается привычный баланс в природе. И главные последствия, конечно же, отражаются на изменениях климата: высвобождение даже 0,1% процента углерода из почвы на территории Европы будет равнозначно объему выхлопных газов от 100 млн. автомобилей.

Как защитить грибы?

Ответить на этот вопрос сложно, так как большинство грибов не изучены (из 3,8 млн видов грибов науке не известны более 90%), масштабы микоризных сетей сложно оценить, а их исчезновение никак не задокументировано. 

В 2018-м году ученые из Великобритании опубликовали отчет, посвященный проблеме защиты грибов. Исследователи сравнили статистику по животным, растениям и грибам, упомянутым в Красной книге Международного союза охраны природы и природных ресурсов, МСОП. В этом списке указаны виды, находящиеся под угрозой исчезновения —  68 тысяч животных, более 25 тысяч растений и… всего лишь 56 грибов. В актуальной версии Красной книги грибов уже 280, но это все еще капля в море. 

Чтобы попытаться защитить микоризные сети ученые по всему миру занялись созданием глобальной карты мицелия. Определить масштаб и расположение грибницы по всему миру непросто, поэтому на сайте Общества защиты подземных сетей SPUN, инициировавшего проект, привлекают к участию волонтеров. Общество запустило бесплатное обучение для «миконавтов» — тех, кто будет заниматься сбором почвенных проб. Это позволит создать новое мировое сообщество защитников грибов — как профессиональных ученых, так и обычных людей. Кроме того, на сайте организации публикуются простые советы, как помочь микоризным грибам. Главный из них: не оголять почву, прикрывать ее листьями и высаживать растительность, чтобы мицелий получал питательные вещества.

Более глубокое понимание микоризных сетей позволит со временем не только создать законодательную базу для их защиты, но и, вероятно, откроет новые способы борьбы с проблемой парниковых газов. Уже сейчас исследователи говорят о том, что микоризные сети могут стать альтернативой техногенным средствам очистки воздуха от диоксида углерода.

Тем более, что существующие технологии улавливания CO2 на данный момент повышают загрязнение атмосферы, а производство подобных машин неизбежно нарушает экологическое равновесие — добыча металлов, строительство и транспортировка оставляют свой углеродный след. В отличие от грибов — которые незаметно делают свое дело в тесной связи с окружающими организмами.

Но какой бы безграничный потенциал в борьбе с парниковым эффектом не скрывал в себе таинственный и хрупкий мир грибов, реализоваться он сможет лишь в том случае, если мы снизим свои скорости — производства, потребления и перемещений по планете и научимся жить в симбиозе с окружающей природой — как грибы.

Грибная история. Как мицелий заменяет кожу, пластик и стройматериалы

Posted in Биоразнообразие, Взгляд, Климат, Наука, Технологии by Экосфера with comments disabled.