Значительным недостатком очистных сооружений является их углеродный след. Ученые нашли способ уменьшить количество углекислого газа, выделяемого из сточных вод, и одновременно производить водородную энергию. В новом методе для того, чтобы извлечь выгоду из органических материалов, которые мы ежедневно сбрасываем в туалет, используются пурпурные бактерии и электрические токи.
Журналисты ResearchGate поговорили с одним из авторов исследования, Даниэлем Пуйолем, чтобы узнать больше о новом открытии.
ResearchGate: Что такое пурпурные бактерии и где вы находите их в природе?
Даниэль Пуйоль: Пурпурные бактерии относятся к самой большой и самой разнообразной группе бактерий. Все они являются фотосинтезирующими, но в отличие от растений и водорослей, они используют инфракрасный свет в качестве источника энергии для их метаболизма. Это придает им цвет от коричневого до красного, включая пурпурный.
Главной особенностью этих интереснейших организмов является их универсальный обмен веществ. По этой причине эти организмы широко распространены в природе. Однако их предпочтительная среда находится в водоемах, главным образом озерах. Они также часто встречаются на установках очистки сточных вод, что дает нам представление об их применении.
RG: Как появилась идея использовать такие бактерии для сбора энергии из наших отходов?
Пуйоль: Пока я учился у Дэмиена Батстоуна и Тима Хюльсена, мы использовали эти организмы для очистки сточных вод. Мы думали, что можем настроить их метаболизм на что-то еще. Одной из возможностей является производство водорода. В настоящее время мы изучаем этот вариант в Университете Рей Хуан Карлос.
RG: Как бактерии производят водородный газ?
Пуйоль: Все живые существа должны поддерживать равновесие, которое микробиологи и биотехнологии называют гомеостазом. У пурпурных бактерий есть проблема избытка электронов в ходе метаболизма. Один из способов высвобождения этого избытка заключается в фиксации диоксида углерода, как это делают растения. Другой – высвобождение электронов в виде газообразного водорода.
RG: Имеет ли значение, что находится в отходах?
Пуйоль: Состав отходов играет ключевую роль в способности пурпурных бактерий производить водород. Процесс сильно ингибируется в присутствии аммония, который в отходах образуется в основном из белков. Диета с низким содержанием белков потенциально может помочь легче производить больший объем водорода.
RG: Сколько энергии вы можете собрать из фекалий?
Пуйоль: Главная задача современных очистных сооружений – нейтрализовать энергию, поддерживать очистную установку без внешней энергии. Используя пурпурные бактерии, мы пытаемся выйти за рамки данной модели и превратить очистительную установку в настоящий завод по производству биотоплива. Одна очистительная установка среднего размера с использованием пурпурных бактерий теоретически может обеспечить энергией 43-107 домов. Конечно, большая часть этой энергии обычно идет на прямые нужды завода.
RG: Каковы последние результаты? Кто-то применяет их на практике?
Пуйоль: Наши предварительные данные показывают, что мы можем настраивать метаболизм фототрофных бактерий для увеличения фиксации двуокиси углерода при одновременном сохранении той же производительности водорода. Это, по сути, означает нулевой углеродный след. Недавно мы получили финансирование для разработки процесса и патентования технологии. Благодаря методу, продемонстрированному в лабораторных условиях, мы постараемся убедить водный сектор в целесообразности наших технологий. У нас есть тесные контакты с некоторыми заинтересованными компаниями.
RG: Какова конечная цель ваших исследований?
Пуйоль: Мы амбициозны, поскольку мы знаем, что возможности использования пурпурных бактерий велики. Мы стремимся выйти за рамки очистки сточных вод непосредственно в биоиндустрию. Мы знаем, что единственный способ добиться успеха с помощью технологии, ориентированной на восстановление ресурсов, – это коммерциализация этих ресурсов.
Восстановление ресурсов из отходов и сточных вод не является чем-то новым. Мы пытаемся делать то, что делает земля в течение миллионов лет. Природа в своей мудрости выбрала фотосинтез как механизм этих преобразований. Мы только ускоряем их.
По материалам журнала www.researchgate.net