Устойчивая наука: профессора УБЯ используют специальные бактерии для превращения отходов в возобновляемую энергию

В течение многих лет фермерские хозяйства по всей стране использовали анаэробные варочные котлы для преобразования коровьего навоза в возобновляемую энергию. Однако эффективность этих варочных котлов ограничена скромными 30–40%. Теперь новаторские исследования, проводимые командой профессоров BYU, революционизируют этот процесс, делая его быстрее и эффективнее, чем когда-либо прежде, за счет предварительной обработки отходов специальными бактериями.

Профессора BYU создали систему предварительной обработки отходов, чтобы улучшить химическую экстракцию, которая обычно не проходит через анаэробные варочные котлы. Их инновационная конструкция превращает отходы в мутный суп из маленьких цепочечных молекул, который затем закачивается в существующие варочные котлы для производства полезного природного газа. Этот процесс значительно повышает эффективность улавливания метана до 80–85%, обеспечивая преобразование менее чем в два раза быстрее. Вместо обычных 30–45 дней для предварительной обработки отходов, включая сложные растительные отходы, требуется всего один-два дня предварительной обработки и пять-семь дней в обычном варочном котле для полного разложения.

«Мы смогли существенно улучшить существующую технологию, которая, я думаю, принесет благословение миру», — сказал профессор химии и биохимии УБЯ Джарон Хансен, соавтор исследования. «Мы были мотивированы, потому что мы должны быть хорошими распорядителями Земли». Секретный ингредиент предварительной обработки? Комбинация бактерий и архей, которые процветают в самых экстремальных условиях на Земле. Гипертермофилы лучше всего выживают при температуре от 170 до 230 градусов по Фаренгейту. При таких высоких температурах одного из гипертермофилов, инициирующих предварительную обработку отходов, можно встретить только в российских горячих источниках. Эти микроорганизмы существуют уже тысячи лет, но недавно их признали в качестве агентов по переработке отходов.

Внедрить эту технологию предварительной обработки отходов не так просто, как кажется. «Это не так просто, как просто смешать несколько бактерий и бросить их в большой резервуар», — сказал профессор наук о растениях и дикой природе УБЯ Зак Аандеруд, который является соавтором статьи. «Мы используем много химии, генетики и секвенирования. На самом деле речь идет о понимании того, как мелочи, которые мы не видим, оказывают огромное влияние на нашу жизнь и окружающую среду».

Отходы естественным образом выделяют метан, когда их хранят в прудах-отстойниках или выбрасывают на свалки, что в конечном итоге способствует выбросам парниковых газов. Улавливая эти метановые отходы и используя их для электроснабжения домов, эта технология повторно использует метан, который уже выбрасывается в окружающую среду. Это идеальный способ эффективно удалить мусор и запах, который его сопровождает.

«В дальнейшем я считаю это огромным преимуществом», — сказал Аандеруд. «Мы сокращаем количество отходов, которые создает постоянно растущее население, и производим энергию из возобновляемых источников, которую мы можем напрямую использовать».

Аандеруд сказал, что возобновляемая энергия может помочь миру меньше полагаться на ископаемое топливо и гидроразрыв пласта, другие источники выбросов парниковых газов. Очистка отходов также предотвратит загрязнение воды разливами токсичных веществ.

Запатентованный процесс предварительной обработки отходов BYU уже показывает многообещающие результаты в реальных приложениях. Молочные фермы в Индиане и Висконсине уже внедрили предварительную обработку в свою повседневную деятельность, каждая из которых производит достаточно энергии, чтобы обеспечить электроэнергией небольшой город. Ведущие инжиниринговые компании, такие как Jacobs и Aqua Engineering, используют запатентованную конструкцию для переработки бытовых отходов в природный газ, что еще больше способствует устойчивому производству энергии.

Дополнительным преимуществом является то, что новая технология предварительного разложения не требует какой-либо новой или дорогостоящей инфраструктуры. Ученые могут использовать существующие резервуары для улавливания метана, направляя его непосредственно в трубы, по которым природный газ доставляется в дома.

Профессора BYU Хансен и Аандеруд работали над этим проектом более семи лет с помощью более чем 30 студентов и трех аспирантов. Их результаты были опубликованы в 2021 году и помещены на обложку престижного журнала Biofuel Research Journal. С тех пор группа работала над улучшением своей конструкции.