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.
Что скрывает вечная мерзлота: отвечает геокриолог Алексей Маслаков
Э: Алексей, здравствуйте. Начнем с самого главного: почему вечная мерзлота оказалась не такой уж и вечной, и почему она сейчас тает?
АМ: Для того, чтобы понять это, давайте сначала определимся с тем, что такое вечная мерзлота. Вечная мерзлота — это грунты горной породы или отложения, которые находятся при температуре 0 градусов по Цельсию или ниже. В зависимости от научной школы различаются и подходы к определению, что такое вечная мерзлота: западные научные школы считают, что если два года грунт не оттаивал — это уже вечная мерзлота, в российских научных школах считают, что вечна мерзлота — отложения, которые не оттаивали 50-100 лет. Также, по мнению российских научных школ, на территории вечной мерзлоты должен обязательно быть лед. Можно выделить три фактора, определяющих вечную мерзлоту: низкая температура, лед и пребывание в замерзшем состоянии не менее двух лет.
Э: Вечная мерзлота — это и те грунты, которые находятся в горах? Или вечная мерзлота находится только за полярным кругом?
АМ: Вечная мерзлота занимает 66% территории России. Находится она далеко не только за полярным кругом. Если смотреть на карту России, то границу можно провести примерно следующим образом: это север Кольского полуострова, это полуостров Канин нос, это Большеземельская тундра на восточно-европейской равнине, потом в районе Урала она уходит на юг до субширотного течения реки Оби — это территория города Ханты-Мансийска, дальше спускается до города Красноярска и где-то в районе Байкала зона вечной мерзлоты спускается от России и уходит в Монголию. А на Дальнем востоке она вклинивается в Приморском крае.
Э: Существует ли карта вечной мерзлоты?
АМ: Да, конечно, карты вечной мерзлоты действительно есть. Если вы увидите карту мировую, то будете удивлены, узнав, что среди стран, где есть вечная мерзлота, фигурируют Иран и Турция. Там ее можно найти в горах. Более того, вечная мерзлота есть и в горах тропиков, субтропиков и экваториального пояса. Например, моим коллегой подтверждено существование вечной мерзлоты на Гавайях. Там есть вулкан, у которого кратер обращен в северную сторону, и на нем породы не оттаивают в течении года. Вообще, лед в горных породах является самым распространенным материалом во вселенной, а косвенные данные подтверждают наличие мерзлоты, например, на Марсе.
Э: Сколько парниковых газов содержится в вечной мерзлоте? Как можно сравнить выбросы в результате таяния вечной мерзлоты с антропогенными выбросами?
АМ: Во-первых, нужно отметить, что на Земле наблюдается потепление климата. Мерзлота также является продуктом этого климата, и, так как климат теплеет, то и мерзлота начинает теплеть и таять. Во-вторых, есть так называемые петли положительной обратной связи. В мерзлоте находится просто гигантское количество органики. Это может быть торф, корешки растений, гнезда белок, орехи, целые трупы мамонтов или пещерных львов.
Этой органики очень много по сравнению с другими системами нашей планеты: в среднем в трехметровом слое вечной мерзлоты находится 1700 петаграммов. Чтобы быть понятным: один петаграмм — это миллиард тонн. При этом в атмосфере органики — т.е. углекислого газа и метана — в два раза меньше. Наблюдаемое потепление климата провоцирует оттаивание вечной мерзлоты. Оттаивание происходит темпами примерно 0,3-0,4 градуса Цельсия за 10 лет: в одних районах где-то 0,2, в других — 0,5, где-то 0,7. А если говорить про скорость оттаивания, то глубина слоя почвы, оттаивающей летом, составляет примерно от 0,7 до 1,5 сантиметра в год для Чукотки. Когда органика оттаивает, то микробы, находящиеся в вечной мерзлоте, начинают ее перерабатывать, превращая в углекислый газ и метан. Соответственно, таяние мерзлоты провоцирует больший выброс парниковых газов, а парниковые газы создают парниковый эффект и нагревают Землю еще больше.
Э: Вы говорите, что за летний сезон оттаивает от 0,7 до 1,5 сантиметров почвы, а зимой она опять замерзает?
АМ: Я уже 10 лет провожу измерения того, как меняется высота поверхности земли и глубина оттаивания почвы. Можно наблюдать интересное явление, когда сезонный талый слой достигает своих максимальных отметок и начинает растапливать нижние слои. Бывает, что в теплые годы энергии хватает, чтобы растопить два лишних сантиметра почвы, и тогда этот лед начинает стекать в виде грунтовых вод. Пустоты, образовавшиеся в результате оттаивания льда, никуда не пропадают, а грунт сверху давит, и земля оседает. Зимой же, после осенних дождей, происходит промерзание этих отложений, избыток объема выталкивает грунт обратно: так называемый процесс пучения. Процессы осадки и пучения компенсируют друг друга. Однако в результате климатических процессов грунт просаживается все глубже и глубже. И, по моим личным измерениям, глубина просадки грунта за 7 лет на приморских равнинах Чукотки в некоторых местах достигла 15 сантиметров! На этой мерзлоте стоят дороги, дома, линии электропередач, целые города.
Э: …и те же самые нефтеперерабатывающие и газоперерабатывающие станции, на которых часто происходят аварии.
АМ: Не исключено. В статье в журнале Nature, опубликованной в 2018 году, говорится, что к 2050 году — то есть через 30 лет — 70% всей инфраструктуры на вечной мерзлоте будет подвержено деформациям.
Э: У нас много городов, построенных на вечной мерзлоте, газопроводы, линии электропередач — это все будет разрушаться?
АМ: Если мы рассматриваем нефтегазопромыслы, то они были построены в основном в 1970-х годах, в эпоху Брежнева. В те времена вечная мерзлота считалась действительно вечной. Предполагалось, что температура не будет меняться в течение всего срока эксплуатации сооружений. Однако, начиная с 90-х эта парадигма начала ломаться, и оказалось, что мерзлота также меняется, как меняется и климат, а спроектированные сооружения не учитывали изменения среды.
Приведу пример: как вы знаете, все здания, которые стоят на вечной мерзлоте, стоят на сваях. Но держатся они не за счет того, что сваи опираются на землю, а за счет того, что сваи смерзаются с мерзлотой. И сила этого смерзания тем сильнее, чем сильнее окружающий холод. Допустим, строители рассчитывали, что при температуре -3 градуса по Цельсию нужно 100 свай с определенным заложением глубины. И дом стоял, пока не начиналось растепление мерзлоты. А когда температура начала повышаться, несущая способность свай начала падать. В итоге здания продавливают мерзлоту и происходят деформации типа трещин в стенах.
Это происходит уже сейчас. По оценкам сотрудников географического факультета МГУ, в некоторых поселениях до 99% зданий находятся в аварийном состоянии в результате таяния мерзлоты. Если мы говорим про Норильск, то речь идет о 50-70% зданий так или иначе деформированных.
Э: И что же делать?
АМ: Прогресс не стоит на месте. В 70-80-е годы здания строились тяжелые — на основании бетона, блоков, кирпичей. Естественно, нагрузка от них была очень высокой. Сейчас здания строятся более легкие. Они не требуют большого заглубления свай, поэтому не так сильно зависят от почвы. Могу предложить: во-первых, нужно старые фонды выводить из эксплуатации, если это возможно, и бюджет позволяет строить новые облегченные конструкции, которые учитывают фактор меняющейся среды. Во-вторых, выполнить ремонтные и профилактические работы для стабилизации грунтов-оснований. К примеру, на Чукотке дома трескаются, но не из-за потепления, а из-за протечки труб: вода попадает на мерзлоту и растепляет ее.
Э: Катастрофа в Норильске повлияла на подход компаний и администраций городов, расположенных в зоне вечной мерзлоты, к вопросам инфраструктуры и ее сохранности?
АМ: Безусловно. После аварии нас, мерзлотоведов, стали срочно привлекать к анализу ситуации. Честно сказать, я не берусь оценивать, что явилось причиной утечки дизеля. Но хочу отметить, что такая авария обнажила очень большую проблему: много объектов инфраструктуры и объектов инженерного назначения находятся в предаварийном состоянии.
Э: Как образуются знаменитые кратеры в вечной мерзлоте?
АМ: Вы знаете, эти кратеры впервые были обнаружены в 2014 году. Снимки кратеров произвели огромное впечатление, и вызвали интерес не только российского научного сообщества. но и мирового. Диаметр найденного кратера составлял примерно 20 метров, а глубина примерно 40 метров, однако вскоре он был затоплен грунтовыми водами и превратился в озеро. Кратеры образуются из-за того, что на месте этой дыры раньше был небольшой бугор пучения с областью высокого давления в центре. Видимо, произошел «хлопок» и — как пробка из шампанского — из-за высокого давления из бугра выплеснулась вода и газы, образовав полость. Кстати, это случилось всего в нескольких метрах от газопровода. Поэтому мы не исключаем, что такие хлопки могут происходить на территории нефтегазопроводов с известными последствиями. А второй интересный факт состоит в том, что таких кратеров обнаружили около пяти — оказывается, что они существовали и раньше. И появилась гипотеза, что некоторые озера в мерзлоте образовались именно в результате такого взрыва.
Э: Почему необходимо проводить мониторинг вечной мерзлоты?
АМ: Для того, чтобы понять, почему важна система мониторинга, нужно внимательнее посмотреть на текущую ситуацию. В 90-е большинство скважин было закрыто, исследования стали проводиться изолированными группами из разных институтов, за это даже не платили. Поэтому те данные, которые мы имеем — они очень разрозненные. Кто-то до сих пор пользуется советскими термометрами, которые спускаются в скважину и выстраиваются там несколько часов, кто-то пользуется резисторами — у всех у них различная погрешность. Поэтому всероссийская система мониторинга нужна для того, чтобы унифицировать методы измерения вечной мерзлоты и собирать данные в единую базу. Существует также международная система мониторинга, объединяющая порядка 1500 скважин и все эти данные собираются в едином центре данных. С помощью этой системы данных можно анализировать в каких регионах температура мерзлоты растет, в каких она понижается. Так мы можем определить каковы диапазоны изменяющейся среды.
Э: Есть ли среди этих 1500 скважин Всемирной системы мониторинга мерзлоты российские скважины?
АМ: Российские скважины там есть, но люди делают измерения в них на волонтерских началах. Поэтому хорошо бы было, чтобы на мониторинг выделили финансирование — тогда можно было бы получать более полные данные. Кроме того, государственная сеть подразумевает обустройство новых скважин, в тех регионах где недостаточно информации.
Э: Вы сами в проекте создания системы государственного мониторинга как-то участвуете?
АМ: Лично я нет, но я близко знаком с коллегами, которые участвуют. Я в этой организации глобального мониторинга некоторые функции исполняю и вижу, как происходит сбор данных. Но сами я данные не собираю, потому что моя территория — это Чукотский полуостров, и там нет ни одной скважины пробуренной в мерзлоте глубже, чем на два метра. И мы даже не знаем, какая там температура, мы можем только по косвенным данным и архивным свидетельствам эту температуру узнать.
Э: Алексей, вы наверняка слышали о таком проекте как Плейстоценовый парк — что вы о нем думаете?
АМ: Это очень амбициозный проект Сергея Афанасьевича Зимова. Они взяли в аренду небольшой участок Тундры на северо-востоке России, примерно 160 га. Огородили его забором и запустили в него бизонов, лошадей, овцебыков и прочих травоядных. Их гипотеза в том, что в плейстоцене существовали мамонты, которые питались злаковыми и удобряли их своим навозом. Происходил очень быстрый оборот углерода, и этот углерод активно захоранивался. Существовавшая тогда экосистема тундростепи позволяла депонировать этот газ в почву.
По гипотезе Зимова, возвращение мегафауны позволит превратить почвы тундры в активный резервуар углерода, помогающий в борьбе с потеплением климата. Сейчас уже видно, что парк, в котором много злаковых, очень пышный по сравнению с окружающей его тундрой. Теория Зимова была принята мировым сообществом с интересом, у него есть много публикаций в журнале Nature. То, как он представляет результаты проекта, выглядит потрясающе, но действительно ли это поможет в извлечении углерода из атмосферы и можно ли масштабировать проект на всю тундровую зону, я сказать не могу.
Э: Спасибо вам за интересный рассказ! А сейчас наш традиционный вопрос, который мы задаем всем гостям: какая недавняя новость связанная с экологией или климатом вызвала у вас самую сильную реакцию?
АМ: Меня больше всего будоражит новость, что ученые находят в мерзлоте все новые и новые организмы, которые оживают. В том, что штаммы сибирской язвы оживают в могильниках Ямала нет ничего необычного, но вот когда просыпаются вирусы 30 000 лет, находившиеся в замерзшем состоянии — это уже другая история. И они могут нести потенциальную опасность — большую, чем коронавирус.
Posted in Климат, Лица, Наука, Человек by Экосфера with comments disabled.
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.
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.
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.
Posted in Биоразнообразие, Взгляд, Климат, Наука, Технологии by Экосфера with comments disabled.