Бережная работа с мусором

                          Бережная работа с мусором.

Три года назад  мне каким то чудом удалось  съездить в Японию на конференцию по химическим сенсорам. Разумеется, конференция была интересная, но не она, конечно, оставило самое сильное впечатление.

Япония не просто другая страна – это другая планета. Она буквально поразила меня, хотя я и читала , и фильмов посмотрела перед поездкой немало, и в Сети не один час провела в поисках всяких полезных сведений. удивили вовсе не технические изыски – от японцев мы этого и ждем. Газоны, засаженные не тимофеевкой, а рисом, луком и баклажанами, - и это вдоль дороги, причем без всяких заборов! Ровные ряды гинкго вдоль шоссе – крупных, как оказалось. Деревьев, с отрубленными, будто по локоть, ветвями. Чирикающие, кукующие и щебечущие на разные голоса перекрестки. Чистота даже не европейская, а какая-то запредельная. И удивительно бережное отношение к мусору, который воспринимают не как отходы, а, скорее, как ценное сырье.

Мы, конечно, не японцы. Трудно себе представить, что в обозримом будущем и у нас высаженные на газоны лук и огурцы не растащат на закуску прохожие, а утащив -  не отравятся свинцом, кадмием и всяческими канцерогенами. Что домашние хозяйки будут получать толстенную инструкцию по сбору мусора с точными указаниями, какого рода мусор в какого цвета и размера мешок складывать, куда и в какой день и час относить, и, главное, будут этой инструкции неукоснительно следовать. Но кое в чем положение не столь безнадежно. Говорящие светофоры с таймерами есть теперь и у нас, хотя их немного и они, в отличие от японских, не всегда исправны. А кроме того, мы тоже начинаем понимать, что к мусору следует относится бережно.

У нас есть две  возможности. Одна – превратить мусор  во что – то полезное. Но если не получается, можно пойти другим путем: предоставить сделать это силам природы. Ведь мусор – это просто вещь, лежащая не на  своем месте. Скажем, арбузная корка, брошенная на улице, для человека мусор, а для осы или мушки дрозофилы – самая что ни на есть вкусная еда. Оба эти подхода удалось реализовать в своих работах исследователям из Российского химико – технологического университета им. Д.И. Менделеева под руководством доктора химических наук Валерия Федоровича Швеца.

Чтобы использованная упаковка превращалась из мусора в  еду (хотя бы для наших одноклеточных братьев меньших), ее нужно делать из биоразлагаемых полимеров.  Самые перспективные из них – полилактиды. Однако не спроста при всех разговорах о том, как хороши эти пластики, газировку разливают не в полилактидные, а в полтэтилентерефтолатные бутылки. Пока нет хорошей технологии синтеза молочной кислоты, полилактид получается слишком дорогим, чтобы он мог привлечь внимание изготовителей всевозможной упаковки.

Один из недостатков  нынешнего процесса в том, что  он циклический:  колонны – ферментеры с глюкозой запускают бактерии и ждут, пока они не наработают молочную кислоту. Бактерии, понятно, сначала довольно долго привыкают, потом размножаются и, только как следуют разогнавшись, начинают превращать сахар в молочную кислоту. После этого содержимое ферментов, в котором плавают Бактерии, остатки глюкозы и целевой продукт (всего 10%), сливают, выделяют из него молочную кислоту и начинают цикл заново. Принципиально  упростить этот процесс как раз и удалось группе менделеевских микробиологов под руководством Н.С. Марквичева. Главную роль в разработанной ими технологии играет мембрана. Она позволяет не только повысить выход продукта, но и сделать процесс непрерывным. Правда, бактерии в ферментах по воле авторов теперь скорее не живут, а выживают. Зато и стресс от переезда на новое место они не испытывают.

Итак, место действия – по-прежнему ферментер. Но не замкнутый: в одной из стенок есть вставка  – мембрана. Внутри, как и положено, живут бактерии, но сырья, содержащего глюкозу, им дают ровно столько сколько, чтобы они могли питаться и выделять продукты обмена, а  вот на размножение сил у них уже не хватает. При этом еда поступает непрерывно, и столь же непрерывно образующаяся молочная кислота выходит из Ферментера через поры мембран.

Правда возникает  вопрос: неужели мембрана столь селективна, что пропускает только молекулы молочной кислоты, или сквозь нее могут  просачиваться все достаточно маленькие  молекулы, в том числе и глюкоза? Вот как отвечает на этот вопрос руководитель работы профессор Швец: «Поскольку бактерии достаточно быстро превращают глюкозу в молочную кислоту, концентрация глюкозы в реакторе и на выходе из него невелика. Конечно, небольшое количество глюкозы, так же как и примеси некоторых солей, проходят через мембрану вместе с основным продуктом, но это всего лишь примеси. В то время как концентрация самой молочной кислоты достаточно высока – около 12%. Выделить ее из такого раствора гораздо проще, чем из «супа» с бактериями, получаемого в традиционном производстве. Кроме того, бактерии живут в реакторе и физически являются катализатором,  а не отходом производства, как в периодическом процессе».

Пока что ученые разработали технологию на уровне лаборатории. Однако в небольшом опытном реакторе, работающем по новой методе, бактерии живут уже три месяца и исправно снабжают ученых молочной кислотой, которые те умеют превращать с помощью катализатора сначала в лактид, а затем и в биоразлагаемый полилактид.

Бороться с  полиэтиленовым мусором, который микроорганизмы разлагают на состоящие настолько медленно, что считают его вечным, помогает другая технология. Тоже созданная в лаборатории профессора Швеца. «Идея переработки углеродосодержащих отходов в углеводороды, разумеется, не нова, - говорит он. Недавно в США, например, заработали две установки, опытная и промышленная, по переработке в моторное топиво отходов индюшачьей  фабрики, в основном кожи, перьев и жира.

В основе технологии – гермокаталитическая переработка  полимерных материалов. Суть ее в следующем. Сначала отходы нужно измельчить (мыть не обязательно) и расплавить. Затем смешать с порошком – катализатором и подвергнуть термической деструкции, проще говоря, выдержать в течение некоторого времени в реакторе при определенных температуре и давлении.

Состав катализатора ученые в открытой печати не обсуждают – сейчас они его патентуют. Известно лишь, что измельченные отходы одного из производств. Далее из полученной массы отгоняют и собирают жидкую углеводородную фракцию – фактически это бензин. Газообразные продукты разложения можно частично сжечь в том же производстве, чтобы обеспечить нужную температуру процесса переработки, а остаток – в любом другом процессе.

Действующая модель установки, точнее, опытный образец  стоит на лабораторном столе и  исправно работает.  Она – то и позволяет из килограмма полиэтиленого мусора сделать литр бензина (содержание бензиновой фракции в продуктах переработки достигает 90%) и немного топливных газов. В качестве отходов остается черная вязкая субстанция, похожая на смолу, пропитанная порошком – катализатором. На литр бензина ее  получается приблизительно столовая ложка.

Сейчас ученые продолжают работу сразу в нескольких направлениях. С другой стороны, реактор  для промышленности должен быть большим, так что необходимо проводить  масштабирование. Эту задачу решают коллеги менделеевцев из Научно – исследовательского и конструкторского института энерготехники им. Доллежаля.

С другой стороны, исследователи хотят сделать  процесс непрерывным и уже  добились немалых успехов. И наконец, еще одна задача – создание аналогичной технологии для переработки отходов животного происхождения, то есть тех же перьев, кожи и жира, которые умеют перерабатывать их американские коллеги. Ведь американцы свою технологию запатентовали и ноу – хау, разумеется, не открыли. Однако российские химики уверены: то, что придумал и сделал один человек, может и придумать и другой, причем еще лучше. И, судя по уже достигнутым результатам, им это по силам.