Заводской дым удалось очистить без сложной инфраструктуры — всё решило неожиданное звено

Учёные ПНИПУ применили готовый биопрепарат для очистки дымовых газов

Загрязнение атмосферы промышленными выбросами остаётся одной из ключевых экологических проблем, несмотря на развитие "зелёных" технологий. Традиционные способы улавливания углекислого газа требуют больших затрат и не всегда надёжны в долгосрочной перспективе. Учёные Пермского Политеха предложили альтернативу — использовать готовый биопрепарат на основе микроводорослей прямо в местах образования выбросов. Об этом сообщают исследователи ПНИПУ.

Почему выбросы CO₂ остаются проблемой

Рост концентрации углекислого газа в атмосфере напрямую связан с изменением климата. По данным The Energy Institute, в 2024 году глобальные выбросы парниковых газов достигли рекордных 40,8 млрд тонн. Значительная доля приходится на промышленность — металлургию, химию и энергетику.

Даже при активном внедрении возобновляемых источников энергии предприятия продолжают выбрасывать большие объёмы CO₂. Это делает актуальными локальные технологии очистки, которые можно устанавливать непосредственно на источниках загрязнения, без сложной инфраструктуры транспортировки и хранения газа.

Ограничения традиционных технологий

Наиболее распространённые методы утилизации выбросов основаны на химическом поглощении газов жидкими средами или закачке CO₂ в подземные горизонты. Оба подхода имеют серьёзные недостатки.

Химические системы требуют постоянного нагрева и регенерации реагентов, что увеличивает энергопотребление. Захоронение газа в подземных пластах связано с рисками утечек и нестабильности грунтов, а также с дополнительными выбросами при транспортировке. Подобные проблемы характерны и для других сложных инженерных решений в экологии, где, как показывают исследования о долгосрочной устойчивости технологических систем, надёжность со временем может снижаться.

Биологический подход как альтернатива

На этом фоне всё больше внимания привлекают биологические методы очистки. Микроводоросли в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и ряд других загрязняющих веществ, превращая их в биомассу.

Дополнительное преимущество такого подхода — возможность повторного использования полученного материала, например в сельском хозяйстве. Однако выведение специализированных штаммов, устойчивых к агрессивной промышленной среде, обычно занимает годы и требует сложных лабораторных условий.

Проблема лабораторного выращивания

Создание устойчивых культур "с нуля" связано с длительными циклами селекции, стерильными биореакторами и постоянным контролем параметров среды. Это делает технологию дорогой и труднодоступной для широкого внедрения.

Поэтому исследователи всё чаще рассматривают использование готовых биопрепаратов — промышленно выращенной и высушенной биомассы микроводорослей, которая активируется после помещения в питательную среду. Подобный подход уже обсуждается в контексте других биотехнологий, ориентированных на практическое применение без сложной инфраструктуры, включая масштабируемые биологические системы очистки.

Эксперимент Пермского Политеха

Учёные ПНИПУ подобрали коммерческий биопрепарат на основе микроводорослей, пригодный для поглощения CO₂ без этапа лабораторного культивирования. Результаты исследования опубликованы в журнале "Экология и промышленность России".

В ходе работы были протестированы шесть препаратов: три на основе Chlorella sp. и три с содержанием Spirulina sp. Основной задачей стала проверка жизнеспособности клеток после сушки и прессования, применяемых при промышленном производстве.

Какие водоросли оказались эффективнее

Порошковые образцы поместили в питательные растворы и выращивали в биореакторах. Наибольшую активность показал препарат с Chlorella sp. под торговым названием SPIRULINAFOOD.

"Прирост биомассы одиночных клеток достиг 35%", — сообщила кандидат технических наук, доцент кафедры "Охрана окружающей среды" ПНИПУ Екатерина Белик.

Этот результат подтвердил, что даже после промышленной обработки клетки сохраняют способность к активному росту.

Испытания с углекислым газом

Далее культуру проверили на устойчивость к CO₂. Эксперимент проводили в двух колбах объёмом 1,1 литра: в одну регулярно подавали углекислый газ, во второй водоросли росли без его добавления.

Через 18 дней в варианте с подачей газа оптическая плотность культуры выросла более чем в восемь раз. Это указывает на то, что CO₂ не только не подавлял рост, но и служил источником углерода для фотосинтеза.

Приближение к промышленным условиям

На следующем этапе условия максимально приблизили к реальным выбросам. Двухсуточная подача газовой смеси, характерной для дымовых газов, не угнетала микроорганизмы.

Напротив, водоросли активно переводили газообразные загрязнители в твёрдую биомассу. В результате концентрация CO₂ снизилась на 15%, а содержание оксидов азота также уменьшилось. Одновременно фиксировался рост уровня кислорода, что свидетельствует об интенсивном фотосинтезе.

Сравнение: биопрепараты и классические методы

В отличие от химических систем улавливания, биопрепараты не требуют высоких температур и сложной регенерации. Они работают за счёт естественных биологических процессов и могут устанавливаться непосредственно в местах образования выбросов.

При этом технология сочетает очистку газов с получением полезной биомассы, что выгодно отличает её от методов, ориентированных только на захоронение CO₂.

Плюсы и минусы подхода

Биологическая очистка дымовых газов имеет ряд очевидных преимуществ. Она снижает энергозатраты и открывает возможности повторного использования побочных продуктов.

Плюсы: снижение CO₂ и NOₓ, низкая стоимость, получение биомассы, локальное применение.
Минусы: зависимость от освещения, необходимость подбора условий для разных типов выбросов, масштабирование.