Азотфиксация. Топливо из биомассы — новый источник энергии.
Культуры семейства бобовых (Papilionaceae), включающие горох, бобы, клевер и люцерну, на протяжении многих веков использовались в системах севооборота, потому что их корни обогашают почву азотом. В XIX в. было установлено, что характерные наросты на корнях этих растений (корневые клубеньки) содержат бактерии, которые могут усваивать азот из воздуха и превращать его в нитрат. Этот процесс более детально описан в нашей статье. Бактерии представляют собой различные штаммы Rhizobium. Отдельные штаммы специфически заражают разные виды бобовых. Обычно бактерии инфицируют корни, поскольку в природе бобовые растут в тех же местах, где обитают Rhizobium. Однако, если нужно вырастить семена в тех местах, где бактерий может не быть, например если семена предназначены для экспорта, разработан метод «заражения» семян бактериями. Культуры нужного штамма Rhizobium выращивают в ферментерах и затем вносят в подходящую среду, обычно в стерильный торф. Торф можно добавлять в почву при посеве семян, например в борозду. В местах, где культура выращивается регулярно, зараженные семена не требуются, поскольку Rhizobium сохраняется в почве в течение многих лет, используя простые органические вещества, а также аммоний или нитраты в качестве источника азота. Бактерии фиксируют азот только на корнях растений.
Примером экспорта семян является вывоз клевера в Австралию, соевых бобов — в Северную Америку, люцерны — в Европу. При использовании этих культур в севообороте снижается необходимость в промышленно производимых азотных удобрениях, что делает описанную методику еще более привлекательной.
Топливо из биомассы — новый источник энергии
Биомасса в виде угля, нефти, древесины, торфа и сухого навоза является традиционным топливом. Запасы некоторых из этих источников постепенно истощаются, и они становятся все дороже. В связи с этим разрабатываются новые методы использования живых организмов и биологических процессов в качестве источника топлива. Искусственный фотосинтез, который станет возможным еше не скоро, позволит получать водород из воды и использовать его как топливо. Другой перспективный подход направлен на преобразование энергии, запасенной в биомассе, в другие формы, которые можно использовать как топливо.
В число искомых материалов, которые исследуются в настоящее время, входят отходы, такие как навоз, отстой сточных вод, домашние отходы, пищевые отбросы, макулатура, отбросы сельскохозяйственных культур, верхушки сахарного тростника и меласса. Можно также использовать различные сельскохозяйственные культуры (такие как кукуруза, сахарный тростник, сахарная свекла) и водные растения (такие как бурые водоросли и водяной гиацинт). В настоящее время преимущественно используются два процесса, а именно — образование биогаза (метана) бактериями и образование этилового спирта дрожжами. Оба процесса являются анаэробными.
Биогаз
Биогаз содержит 54-74% метана. Оставшаяся часть содержит главным образом углекислый газ, а также следовые количества азота, водорода и других газов. (Природный газ содержит около 80% метана.) В процессе ферментации участвует целый ряд микроорганизмов, включая группу бактерий метаногенов, например Methanobacte-rium, которые образуют метан из углекислого газа и водорода. Эти бактерии относятся к архебак-териям. древнейшей группе организмов, имеющей тесное родство с истинными бактериями. Субстратом для ферментации служит широкий спектр отходов или продуктов растительного происхождения (см. выше). В США использовали водяной гиацинт — растение, обладающее мощным жизненным потенциалом и засоряющее каналы и водные пути. Процесс идеально подходит для мелкомасштабного производства, где полученное топливо тут же используется, например в Индии и Китае (рис. 12.23).
Из навоза, полученного от одной коровы за год, можно получить такое количество метана, которое эквивалентно приблизительно 227 л бензина. К примеру, количество газа, получаемого из 0,5 кг навоза, достаточно для приготовления еды на целую семью в течение дня. В Китае построено около 18 млн. таких преобразователей семейного масштаба. Газ обычно используется для приготовления пищи, освещения, заправки тракторов или автомобилей и запуска электрических генераторов.
В более крупном масштабе газ можно получать как побочный продукт из отходов или сточных вод из очистителей фабрик, занимающихся, например, производством сахара. Газ можно использовать для запуска электрических генераторов при очистке сточных вод и на заводах по переработке мусора. В Англии мусор мог бы быть основным источником метана, причем из килограмма мусора можно было бы получать до 20 л газа. В настоящее время газ собирают из мест захоронения отходов, погружая трубы в спрессованный мусор и откачивая оттуда газ.
Принимая во внимание растущий дефицит мест захоронения отходов и неудобства, которые они вызывают, стоит приложить усилия для развития процессов, связанных с ферментацией таких материалов, как бумага и картон, даже если получаемое при этом топливо будет не дешевле, чем обычные виды топлива. Экономическая ситуация обычно более благоприятна в развивающихся странах, которые лишены своих собственных резервов природного топлива и в которых сокращаются запасы леса. В ферментере могут быть использованы также сточные воды и сухой навоз. Топливная ценность ферментированного навоза в шесть раз выше, чем просто высушенного.
