Исследователи ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с коллегами из России и Китая нашли способ увеличить выработку метана из отходов свиноферм в биореакторе на 45,9%. По оценкам за 2025 год, в России произведено более 6 млн тонн свинины, что полностью покрывает потребности страны, но одновременно растёт количество отходов — навоза и сточных вод. Эти отходы могут загрязнять окружающую среду, а могут стать возобновляемым источником энергии: при анаэробном сбраживании микроорганизмы разлагают органику в бескислородной среде, образуя биогаз — смесь метана и углекислого газа. Результаты опубликованы в Chemical Engineering Journal при поддержке РНФ.
Переработка отходов начинается с разделения на твёрдые и жидкие компоненты: первые компостируют, вторые становятся сырьём для биогаза. Анаэробное сбраживание — многоступенчатый процесс: сначала образуются летучие жирные кислоты, затем они перерабатываются в метан и углекислый газ. Микроорганизмы на разных этапах требуют разных условий, поэтому их можно разделить по разным биореакторам, чтобы побочные продукты одних реакций не мешали другим.
Биотехнологи испытали несколько материалов-проводников, способных стимулировать межвидовой перенос электронов между бактериями и археями. Микроорганизмам «предложили» углеродный войлок и стальную сетку, а также их аналоги-изоляторы — полиэстеровый войлок и стекловолокно. В каждом варианте использовались сточные воды свиноферм с высоким содержанием органики и летучих жирных кислот. Лучше всего показал себя углеродный войлок: при высоких нагрузках на нём производилось на 45,9% больше метана, чем в контрольной группе без материала.
Метагеномный анализ биоплёнки на углеродном войлоке показал, что 15,9% микробного сообщества несут гены для внеклеточного переноса электронов, включая археи Methanoculleus и бактерии типов Bacillota и Chloroflexota. Биоплёнка была пронизана множеством пилей — белковых структур для передачи электронов между клетками. Именно присутствие этих микроорганизмов, вероятно, и обеспечило повышенную продуктивность реактора. Разработка помогает превратить отходы животноводства из угрозы для экологии в возобновляемый источник энергии для электроэнергии и отопления ферм.
Изображение: технология получения биогаза из отходов свиноферм. Источник: Юрий Литти
