Примерное время чтения: 5 мин.
Переработка растительной биомассы в востребованные и экономически обоснованные материалы для промышленности и производства является сегодня признанным мировым трендом. Так, например, для создания текстильных изделий, лакокрасочных материалов, при производстве кино- и фотопленки, пороха, стиральных порошков применяется один из самых распространённых природных полимеров, главная составная часть клеточных стенок растений, придающая прочность и эластичность растительным тканям, — целюлоза, получаемая из хлопка и древесины. В волосках семян хлопчатника она составляет 97-98%, в стеблях лубяных растений (лён, рами, джут) — 75-90%, в древесине — 40-50%, камыше, злаках и подсолнечнике — 30-40%.
Традиционно целлюлозу получают из древесины путем удаления из неё натурального клея — лигнина, что позволяет волокнам менять форму. Затем целлюлозу дробят и варят с гидроксидом и сульфидом натрия. После щелочной обработки добавляют диоксид хлора, чтобы отбелить массу. Каждый этап требует большого количества воды: по статистике, на один лист формата А3 уходит около 13 литров жидкости. В связи с этим представители науки и производства ведут активные исследования по поиску новых источников и методов извлечения целлюлозы, в том числе, из отходов сельскохозяйственного производства, конопляной соломы, рами и др.
Как известно, растения используют энергию солнечного света для преобразования углекислого газа и воды в кислород и сахара посредством фотосинтеза. У некоторых растений интенсивность фотосинтеза выше, чем у других. Ярким примером является культура мискантус (Miscanthus) — многолетнее травянистое растение, обладающее способностью высокоэффективно преобразовывать солнечную энергию в биомассу. В последние годы биомасса мискантуса, в связи с его хорошей урожайностью, засухоустойчивостью, зимостойкостью и самовоспроизводимостью в течение 15-25 лет, рассматривается в качестве нового сырьевого источника целлюлозы, так как по результатам определения химического состава зарубежных видов мискантуса подтверждено содержание в нём целлюлозы в пределах 40-44%.
Мискантус растет на маргинальных или неиспользуемых землях, способствует сокращению выбросов углекислого газа на суше, а использование его в качестве растительного ресурса может обеспечить устойчивую альтернативу невозобновляемым ресурсам. При этом культура не имеет свойства разрастаться бесконтрольно на всей доступной ей территории и вытеснять традиционные виды растительности, нарушая биоценоз.
Ещё одним преимуществом мискантуса является его способность к фиторемедиации — очистке почвы от загрязняющих веществ. При произрастании мискантуса происходит обогащение почвы органическими веществами и повышение её дыхательной активности. Таким образом, выращивание мискантуса позволяет связывать в органическом веществе почвы значимое количество углерода. Мискантус может усваивать токсичные металлы и другие вредные вещества из почвы, делая её более пригодной для использования в сельском хозяйстве или других целях, а корни растения могут улавливать из воды загрязнители: как нитраты, фосфаты и тяжелые металлы.
В России мискантус выращивали для посадки на берегах засыхающих озер для спасения озерной флоры и фауны, а также очистки воды, для борьбы с эрозией почв (против образования оврагов). В результате популяционно-генетических и селекционных исследований мискантуса в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения РАН (ИЦиГ СО РАН, г. Новосибирск) была выведена необычная форма растения с очень длинными корневищами, которые быстро колонизируют почвенное пространство и создают ровную плантацию, представляющую собой уже на третий год посадки сплошные заросли высотой до 2,5 метров. Изучение биологии новой формы мискантуса показало возможность создания агропромышленной технологии производства целлюлозосодержащего сырья в качестве альтернативного источника целлюлозы многоцелевого назначения в условиях Западной Сибири.
По данным учёных, с 1 га плантаций этого многолетнего растения можно получать в среднем до 4 тонн целлюлозы для использования в качестве сырья в различных отраслях промышленности. Получить такое же количество целлюлозы из древесины технологически гораздо сложнее и дороже.
Уже сегодня в научной литературе описано множество способов приложения биомассы мискантуса как в качестве биоэнергоресурса, так и в качестве исходного сырья для получения различных продуктов, при этом предполагается использование либо нативной биомассы, либо подвергнутой предобработке различными способами. В самом простом варианте мискантус высаживают на очистных сооружениях и вокруг промышленных предприятий и свалок. Если рассматривать энергетическое применение мискантуса, то наиболее простым способом является производство топливных пеллет из мискантуса. Результаты исследований показывают, что пеллеты из мискантуса оказывают меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с древесными из-за меньшего потребления энергии во время гранулирования.
Мискантус идеален для создания подгузников, медицинских изделий, биоэтанола, порошка и наноцеллюлозы. Из целлюлозы в свою очередь делают биоразлагаемую упаковку, бумагу и одноразовую посуду. А благодаря высокому выходу биомассы, растение также можно использовать в качестве кормовой добавки для животных. Кстати, посуда из мискантуса полностью разлагается в почве за несколько месяцев.
Таким образом, мискантус является одним из наиболее перспективных растительных объектов, который можно использовать в качестве исходного сырья различного применения.
Москва
