Биотехнологии – в массы
Проблемы окружающей среды помогут решить технологии от самой природы
На сегодняшний день наиболее успешным и экономически выгодным способом решения вопросов, связанных с экологией, сельским хозяйством, промышленностью и так далее, становится применение биотехнологий. Более того, эта область становится сегодня все более привлекательной и для потенциальных инвесторов.
В начале года на борту Unreasonable at Sea – корабля-инкубатора высокотехнологичных стартапов, совершавшего круиз по всему Тихому и Индийскому океану, было представлено 11 проектов, отобранных из 1000 претендентов из более чем 100 стран мира. Инкубатор посетил такие страны, как Япония, Индия, Испания, а стартапы получили возможность проверить актуальность своих идей в разных странах, набраться связей и получить финансирование. Цель 100-дневного путешествия – сделать предпринимателей и компании, которые будут способны масштабироваться и изменять мир.
В их числе была компания Aquaphytex (недавно сменившая свое название на Agua), устанавливающая натуральные, «живые» очистительные системы, функционирующие без затрат энергии, которые помогут ей бороться с глобальным водным кризисом. Так, по данным Всемирной организации здравоохранения, более 2 млрд человек в мире сегодня страдает от нехватки питьевой воды. Почти миллиард человек на нашей планете не обеспечен безопасной питьевой водой, хотя ее годовое потребление постоянно растет и в следующие 20 лет на основе наблюдаемых тенденций роста населения и мирового хозяйства можно прогнозировать увеличение потребности в пресной воде не менее чем на 100 куб. км в год.
Учитывая масштабы данной проблемы, компании Agua есть к чему стремиться. На сегодняшний день Agua работает в пяти странах, обеспечивая чистой водой более 300 тыс. человек. Первый пилотный проект был запущен компанией в 2007 году в Мали, в деревне, где проживало около 8 тыс. жителей. В результате была получена вода, превосходящая стандарты, предъявляемые к питьевой воде, что привело к сокращению детской смертности на 75%. Это также полностью ликвидировало холеру в тех краях. Теперь проект на Мали охватывает 2 млн человек, ежедневно получающих чистую воду для питья и полива.
Прибыль компании за три года составила $4 млн. Это притом, что главным недостатком широко применяемых в мире технологий очистки воды является низкая экономическая эффективность, в первую очередь из-за энергоемкости оборудования. Ведь типовые технологии по обработке воды основаны на физико-химических системах, которые влекут за собой очень высокие затраты, сложны в обслуживании и негативно воздействуют на окружающую среду. Компания нацелена на использование водных растений-макрофитов, чтобы обеспечить доступной питьевой водой все уголки Земли. Она использует растения, растущие как на поверхности воды, так и под водой, чтобы привлечь бактерии к корням и стеблям растений, тогда как пригодная для питья вода отфильтровывается в течение пяти дней.
Сотрудники компании, прибыв в ту или иную страну, производят обход увлажненных участков местности в поисках местных растений, способных произрастать в условиях сильных загрязнений – в местах промышленных стоков или стоков общественных туалетов. Такие растения проверяются на способность очищать воду, и если результаты оказываются положительными, то начинается их культивирование.
В ходе эволюции природа отработала процессы саморегуляции на различных уровнях организации жизни, и за счет этого достигается ее устойчивость. Поэтому все больше внимания уделяется методам очистки воды с помощью растений и микроорганизмов, не требующих расходования электроэнергии и технического обслуживания. Экономисты подсчитали хозяйственную целесообразность применения таких методов, очень просто и показательно сравнив эти затраты с «типовыми», которые бы потребовались для достижения предприятием того же уровня очистки посредством использования традиционных методов.
Оказалось, что затраты при применении традиционных методов более чем в 10 раз превышают таковые при использовании упомянутой биотехнологии. Существующие схемы очистки сточных вод, как правило, не полностью соответствуют предъявляемым требованиям, а одним из самых экономически выгодных методов очистки (доочистки), пригодным для стран СНГ, признали биологический, в частности, с использованием тропического цветкового растения эйхорнии – водного гиацинта. Этот представитель высшей водной растительности растет на всех водоемах, даже на проточных, включая воды священного Ганга, который славится своей чистотой, невзирая на обильные стоки из городов и множества деревень.
Американские ученые установили, что водный гиацинт удаляет вредные примеси из воды, предназначенной для использования в промышленности и для питья. Главное – периодически скашивать разросшиеся заросли, а скошенную зеленую массу можно использовать как удобрение или применять в производстве биогаза. При благоприятных условиях эйхорния способна нарастить более 250 тонн биомассы с одного гектара водной поверхности за сезон.
Предполагается, что в будущем растение может сыграть значимую роль и в деле освоения космоса, поскольку способно осуществлять регенерацию воды и получение кислорода на космических станциях.
В западных странах для очистки воды используются также поля орошения – засеянные различными видами сельскохозяйственных растений и орошаемые водой из канализационных стоков после первичной очистки. Растения и почва очищают воду, причем растения дают повышенный урожай. Недавно в США и Польше появились «леса орошения», где после очистки от твердых частиц и начальной биообработки бактериями и водорослями канализационную воду, утратившую запах, но далеко не чистую, подают по трубе на участок леса площадью примерно в 1000 га. Вода разбрызгивается сквозь тысячи форсунок раз в неделю на протяжении 12 часов, после чего содержащиеся в ней патогенные организмы гибнут как на поверхности почвы, так и внутри нее от солнечного ультрафиолета, воздействия кислорода и почвенных микроорганизмов. Благодаря повышенному содержанию азота и минеральных солей в канализационных водах деревья в таком лесу растут в 2–4 раза быстрее, чем при поливе обычной водой.
Бразильский пример
«Почва – это живая экосистема, питающая все, что на ней произрастает, – поясняет бразилец Леонтино Балбо-младший, чья компания Grupo Balbo, которой уже 100 лет, благодаря настойчивости и умелому применению новейших методик сумела выращивать сахар без использования химических пестицидов или удобрений. – Система сама себя регулирует на благо всех своих элементов».
В результате, ежегодно перемалывая
6 млн тонн тростника, компания производит 293 тыс. тонн сахара и 318 млн литров этанола. Годовой доход свыше $350 млн.
Глобальная проблема
С 1986 года Леонтино Балбо разрабатывает новый вид агрономии, который, по его убеждению, повысит урожайность и сопротивляемость растений вредителям, сократит ресурсы, требуемые для их культивирования, и расширит биологическое разнообразие на землях, где они выращиваются. Леонтино назвал свой подход агрономией, восстанавливающей экосистему, и утверждает, что она способна оживить не только приболевшие культуры, но также и занемогшую землю, чья жизнеспособность истощалась на протяжении десятилетий вследствие применения современных методов земледелия. Если план окажется успешным, то его воздействие будет ощущаться далеко за пределами области земледелия.
Научно-исследовательская лаборатория возобновляемых источников энергии географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова в своем обзоре «Глобальная проблема нехватки пресной воды» отмечает: «В ХХ веке население земного шара выросло в 3 раза. За этот же период потребление пресной воды увеличилось в 7 раз, в том числе на коммунально-питьевые нужды – в 13 раз.
При таком росте потребления стало резко не хватать водных ресурсов в целом ряде регионов мира. В России к районам, испытывающим дефицит пресной воды, относится Калмыкия, из стран ближнего зарубежья – Крым, Казахстан, Туркмения, Узбекистан. В настоящее время водный голод ощущается даже в тех местах, где раньше его не было. На 70% всех обрабатываемых земель царит засуха. При этом в нетронутых степях содержание влаги в почве в 1,5–3 раза больше, чем в пашне. Причина водного голодания не в недостатке пресной воды, а в нарушении цепи, связывающей воду с почвой».
Ожидается, что к 2050 году численность населения Земли достигнет 9,3 млрд, то есть возрастет на 30%, а давление на экосистемы планеты из-за быстрого экономического роста в развивающихся странах будет все более нарастать. К 2025 году более 50% мирового экономического роста придется на Бразилию, Китай, Индию, Индонезию, Российскую Федерацию и Южную Корею. При этом под наибольшей угрозой окажется такой природный ресурс, как чистая вода: к 2030 году люди и предприятия будут расходовать на 30% больше воды, чем природа способна восполнить. Если только существующие на сегодня практики использования и консервации воды коренным образом не изменить, последствия окажутся самыми драматическими. Около 70% мировых ресурсов пресной воды используется в сельском хозяйстве, при этом до 30 млн гектаров сельскохозяйственных земель теряется каждый год, по мере того как они становятся бесплодными или токсичными, а широкомасштабное исчезновение лесов считают ответственным за изменение климата.
«Когда я начал эту работу, моей целью было достичь сельскохозяйственной самодостаточности, способа уберечь природные ресурсы, в которых мы сейчас нуждаемся, – воду, плодородие почв, биологическое разнообразие и атмосферу, – рассказывает Леонтино Балбо. – Иначе мы не сможем сохранить цивилизованное общество. Если, к примеру, у нас возникнет кризис из-за водных ресурсов, то он перейдет в мировую войну за природные ресурсы. И цивилизации придет конец».
По мнению Балбо, современная практика земледелия повреждает почву тремя путями. Сельскохозяйственные машины уплотняют ее, снижая способность удерживать влагу, удобрения нарушают природное химическое равновесие, а монокультуры сокращают ее биологическое разнообразие, которое он считает очень важным для здоровья растений.
Суть подхода Балбо состоит в том, что если мы сможем восстановить почву до того состояния, которое существует в лесу, то природа сделает остальное. «Лес всегда был моим источником вдохновения. Токсические вещества, вырабатываемые одними растениями, перерабатываются другими. Я не люблю использовать термин «равновесие». Он подразумевает нечто застывшее. Вместо этого лучше употреблять «омеостаз», подразумевающий, что система саморегулируется на благо всего, что на ней произрастает», – отметил он.
Именно на основе своих наблюдений он создал новую модель производства для своих полей, урожайность резко повысилась, так же как и стабильность посевов. Кроме того, это позволяет сегодня «Группе Балбо» использовать биоэлектроэнергию. Компания вырабатывает из выжимок сахарного тростника 100% требующейся ей электроэнергии для переработки около 6 млн тонн сахарного тростника в год. А благодаря инвестициям в инновационные технологии она дополнительно вырабатывает достаточно электроэнергии, чтобы обеспечить город в 540 тыс. жителей. Сейчас в Бразилии около 60% электроэнергии вырабатывается из возобновляемых источников.
Стоит отметить, что бразильская программа производства этанола из сахарного тростника, начатая в 1975 году, уже сэкономила $200 млрд, которые ушли бы на импорт нефти, и предотвратила накопление сотен миллионов тонн углерода в атмосфере, а также создала 5 млн рабочих мест.
Казахстанский опыт
Обозначенные Балбо проблемы находят глубокое понимание во многих странах мира, в том числе и у нас в Казахстане. В нетронутых степях содержание влаги в почве в 1,5–3 раза больше, чем в пашне. Причина водного голодания не в недостатке пресной воды, а в нарушении цепи, связывающей воду с почвой. Как рассказал Темирбулат Джаланкузов, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Казахского НИИ почвоведения и агрохимии им. У.У. Усманова, последние годы у нас активно внедряется метод «нулевой» обработки почвы – No Till («не пахать»), который разработал для использования на черноземах севера нашей страны директор Костанайского НИИ сельского хозяйства Валентин Двуреченский.
При уборке урожая солома не собирается в тюки, а измельчается и рассыпается по поверхности полей – получается мульча. По словам участников проекта, секрет подсказала сама природа, позволив все предоставить ей. Не трогать землю, остатки растений оставлять в почве и на поверхности. Те, что под землей, – это хороший перегной. Мульча сверху позволяет задерживать влагу, что увеличивает урожай даже в самый засушливый год. Как пояснил Джаланкузов, метод нулевой обработки значительно превосходит по эффективности методы безотвальной и даже минимальной обработки почвы, поскольку при его применении вместо борозд прорезаются лишь узкие щели глубиной в несколько сантиметров, куда закладываются семена яровой пшеницы, а затем механически заглаживаются. При этом происходит меньшее расходование горючего и оказывается меньшее давление сельхозтехники на почву, что предохраняет ее структуру. Активно развиваются полезные и нейтральные микроорганизмы, а также мелкие черви нематоды, повышая плодородность почвы.
Урожайность при использовании этого метода повышается минимум на 3 ц/га по сравнению с традиционными методами. Согласно сообщениям СМИ, метод нулевой обработки используется уже на 1 млн га.
При этом доктор Джаланкузов посетовал, что, несмотря на все доказательства и демонстрации преимуществ метода, многие наши фермеры сохраняют недоверчивость и продолжают использовать традиционные методы вспашки, веря в их большую надежность, которые разрушают почву, делают ее менее плодородной, требующей внесения большего количества дорогостоящих удобрений.
