Американские ученые рассчитали, как выгодно превращать газ со свалок в корм для лосося. Заодно это поможет бороться с изменением климата

Американские ученые предложили заменить рыбную муку, которую используют в качестве подкормки на лососевых фермах и других рыбных и животноводческих хозяйствах, микробным белком. Эта идея далеко не нова, но до сих пор специально выращивать микроорганизмы в пищевых целях было достаточно дорого — по крайней мере, дороже, чем высушивать и гранулировать отходы рыболовства. Однако новые расчеты, опубликованные в журнале Nature Sustainability, показали, что в современных реалиях микробный белок производить может быть выгодно — если в качестве «еды» для микроорганизмов использовать метан со свалок. Рассказываем, как это устроено.

Цикл жизни крупного мусорного полигона, которыми окружены мегаполисы, неизбежно включает в себя стадию, когда за счет разложения органики в толще свалки без доступа воздуха начинает выделяться так называемый свалочный газ. В его образовании в основном участвуют метаногенные микробы, которые могут жить без кислорода (подобный процесс происходит в толще болота), в результате чего свалочный газ на 60-75 процентов состоит из метана. Его обязательно нужно отводить, чтобы избежать взрыва и возгорания полигона. В некоторых странах его используют для производства электроэнергии, но чаще всего просто рассеивают или сжигают в факелах.

Метан — опасный парниковый газ, потому что его парниковый эффект в 25 раз превышает таковой для углекислого газа. Считается, что в настоящее время метан отвечает за 10 процентов суммарного разогрева атмосферы. При этом крупная свалка может генерировать до 30 тонн метана в день, что сопоставимо с выбросами сопутствующего газа на нефтегазовых разработках и существенно превышает выбросы на водоочистительных сооружениях, которые тоже генерируют метан.

Однако в природе существуют и микробы, которые, наоборот, питаются метаном — их называют метанотрофами. Эти микроорганизмы, наравне с дрожжами, можно выращивать в биореакторах для получения богатой белком питательной биомассы, которая годится для использования в качестве подкормки для животных в сельском хозяйстве. Если дрожжевая биомасса содержит только 45% белка, то биомасса метанотрофов — до 80%.

Ученые рассчитали, насколько выгодно в США сейчас можно производить метановый «одноклеточный белок» по сравнению с популярной в сельском хозяйстве и аквакультурах подкормкой — рыбной мукой. Рыбную муку обычно делают из малоценных сортов рыбы и отходов рыболовства, однако с ростом потребностей животноводства увеличилась и потребность в подкормках, поэтому мелкопромысловую рыбу стали вылавливать специально. Такой подход привел не только к общему уменьшению количества рыбы в некоторых акваториях, но и к значительному снижению биоразнообразия. Кроме того, с 2000 года цена на рыбную муку значительно выросла.

Для производства микробного белка из метанотрофов необходимы только метан, кислород, азот и фосфор, а также электричество для обслуживания и охлаждения биореактора, где размножаются микроорганизмы. Производство устроено так: в реактор под давлением подаются метан и воздух, а в ростовую среду — аммиак, фосфаты и вода. По завершении цикла биомассу сепарируют на центрифуге, осадок высушивают — и продукт готов. При этом на полторы тонны затраченного метана образуется две тонны углекислого газа, что, учитывая более высокий парниковый потенциал метана, оказывается более экологично.

Авторы статьи учли и сопутствующие затраты — зарплату сотрудников, транспорт и очистку сырья от примесей. Оказалось, что если использовать свалки как источник метана, финальная цена микробного белка будет даже ниже, чем средняя цена на рыбную муку за последние десять лет — 1546 долларов против 1600 долларов за тонну. Если использовать метан с нефтегазовых станций, цену можно еще немного снизить, однако они гораздо менее распространены по сравнению со свалками.

При этом около половины этой стоимости составляют затраты на электроэнергию, которые отличаются от штата к штату. Например, если размещать производство в штатах с самыми низкими ценами на электричество — таких, как Техас и Миссисипи — цену на тонну продукта можно снизить еще на 20%. Максимальный расход энергии идет на охлаждение биореактора, который нагревается в процессе производства биомассы. Эту проблему тоже можно обойти, так как среди метанотрофных микроорганизмов есть и такие, которые живут при повышенной температуре.

Стоит упомянуть, что концепция производства «одноклеточного белка» насчитывает уже больше ста лет — и началось все с пивных дрожжей. Добавлять их в корм животным придумали еще в конце XIX века, а во время войны в Германии дрожжи использовали для компенсации нехватки продовольствия. Во второй половине XX века дрожжи научились выращивать на отходах нефтяных производств, используя в качестве источника углерода парафины (концепция «белок из нефти»). Продовольственный подраздел ООН активно ее поддерживал, подчеркивая, что рацион должен быть полноценным не только по калорийности, но и по количеству белка. Особенно активно эта идея эксплуатировалась в СССР, где для наладки производства дрожжевых кормовых добавок («белково-витаминного концентрата») было создано целое ведомство.

К концу XX века прогресс в сельском хозяйстве и животноводстве привел к значительному росту производительности и снижению популярности микробного белка, однако необходимость кормить стремительно растущее население планеты заставило снова о нем вспомнить, на этот раз в контексте «устойчивого развития». Идея конвертировать в кормовой белок метан также не нова — в США и Европе уже существуют фирмы, которые производят «метановый белок» из природного газа (например, Calysta и Unibio). Однако, как подсчитали ученые, выгоднее всего превращать в еду не природные ресурсы, а гниющий мусор.