Группа исследователей находится на пути к революционному изменению того, для чего может использоваться биомасса из очистных сооружений. Биополимеры из бактерий могут стать устойчивой альтернативой продуктам на основе нефти, а фосфор и другие минералы также могут быть собраны из сточных вод. В новой научной статье говорится, что исследование теперь настолько продвинулось, что готово к промышленному производству и использованию на практике. Исследование опубликовано в журнале Current Opinion in Biotechnology.
«Перспектива колоссальная, потому что вы берете то, что сейчас является отходами, и производите из этого высокоценную продукцию», - говорит профессор Пер Халкьяр Нильсен из Ольборгского университета в Дании.
Центром внимания являются биополимеры , которые можно описать как длинные цепочки молекул, связанных друг с другом и вырабатываемых живыми организмами, включая бактерии.
Сегодня синтетические полимеры, производимые в нефтехимической промышленности из сырой нефти, используются во многих контекстах, включая пластмассы, текстильные волокна, клеи и краски. Но с будущим производством биополимеров на очистных сооружениях станет возможным извлечение устойчивой альтернативы полимерам на основе нефти из отходов.
«Короче говоря, работа над биополимерами заключается в производстве большого количества биомассы на очистных сооружениях, которая по сути представляет собой бактерии, поедающие все, что попадает на очистные сооружения, так что остается только чистая вода», — объясняет профессор Нильсен. «Каждый день производится много тонн биомассы, в зависимости от размера очистного сооружения, и она обычно преобразуется в биогазовом реакторе, чтобы извлекать из нее энергию. Большая часть бактерий состоит из биополимеров, т. е. адгезивного материала вокруг них, а биополимеры востребованы в промышленности как устойчивая альтернатива полимерам на основе нефти».
Биополимеры могут использоваться в качестве связующего вещества в бумаге и строительных материалах, а также в качестве материала для флокуляции, где мелкие частицы слипаются и оседают в процессе очистки воды в портовых илах, озерах и на очистных сооружениях. Дополнительным бонусом является то, что биополимеры из очистных сооружений, по-видимому, являются огнестойкими. Таким образом, существует потенциально большой рынок для биополимеров, если их можно производить в коммерческих целях устойчивым способом, и для этого есть потенциал, согласно исследовательскому проекту REThiNk.
На очистных сооружениях сточных вод обитает несколько сотен различных видов бактерий, которые производят множество типов биополимеров с различными свойствами. Эти бактерии используют биополимеры в качестве клея для формирования колоний и прилипания к поверхностям, чтобы их просто не вымыло из очистных сооружений.
Эти биополимеры можно извлечь, изменив pH и температуру воды, чтобы получить целлюлозу и желатиновые биополимеры, которые можно использовать для различных промышленных продуктов. Ожидается, что можно будет создать заводы, которые будут производить биополимеры из датских очистных сооружений, и потенциал велик, поскольку только в Дании ежегодно производятся сотни тысяч тонн бактерий.
Дополнительным преимуществом является то, что из сточных вод, поступающих на очистные сооружения, можно извлекать минералы и другие ценные компоненты, такие как фосфор, который входит в список критически важного сырья ЕС, которое может быть трудно получить в будущем.
Цель проекта REThiNk — создать основу для промышленного масштабирования в краткосрочной перспективе, чтобы в долгосрочной перспективе произошла настоящая революция в переработке биомассы с очистных сооружений по всему миру, а не только в Дании. Также необходимо картировать бактерии на очистных сооружениях по всему миру, чтобы можно было предсказать, какую роль каждая из них может сыграть в производстве биополимеров, извлечении фосфора и т. д.
«Существует большой потенциал, если компании поймут, что продукт можно использовать для чего-то, и захотят инвестировать в его тестирование и разработку. А для этого нам необходимо построить опытно-промышленные установки, чтобы мы могли производить не просто граммы, а килограммы, а через несколько лет и многие тонны», — отмечает Пер Халкьер Нильсен. «Мы можем взять 20–30 процентов биомассы и превратить ее в биополимеры, которые могут заменить нефтепродукты, но на самом деле они также заменяют морские водоросли. Сегодня многие биополимеры производятся из морских водорослей из крупных лесов ламинарии, находящихся под угрозой исчезновения. Поэтому, если мы сможем найти другие способы извлечения биополимеров, это будет явным преимуществом для окружающей среды и биоразнообразия».
