Как наука решает проблемы экологии

На сегодняшний день экологические проблемы стали частью глобальных вызовов современности, от решения которых зависит судьба цивилизации. Различные международные организации и общественные деятели призывают ученых и энтузиастов включиться в борьбу с экологическими угрозами. О последних научных достижениях в этой сфере рассказали исследователи из российских университетов, входящих в Проект "5-100".

Внимание общества к проблемам экологии

За последнее время тема необходимости решения экологических проблем вышла на первый план в общественной дискуссии. Генеральная Ассамблея ООН при поддержке более 70 стран провозгласила 2021-2030 гг. "Десятилетием восстановления экосистем".

Британский принц Уильям и известный натуралист Дэвид Аттенборо объявили в октябре о запуске совместного проекта Earthshot Prize, который, по их словам, станет "Нобелевской премией по защите окружающей среды".

Начиная с 2021 года, награда Earthshot Prize будет вручаться ежегодно пяти персонам или организациям за достижения в следующих сферах: "защита и восстановление природы", "очищение атмосферы", "восстановление океанов", "мир без отходов" и "восстановление климата". Каждый победитель премии получит по 1 млн фунтов (1,3 млн долларов), что превышает размер денежной награды Нобелевским лауреатам.

Действительно, усилия ученых во всем мире сегодня направлены на поиск решений экологических проблем. Исследования ведутся по широкому спектру направлений. Среди них эффективное использование промышленных и бытовых отходов, создание новых систем мониторинга состояния экосистем, разработка способов поддержания экологического баланса, а также создание методов предотвращения опасных техногенных катастроф.

Снижение нагрузки на экосистемы

К экосистемам, защищать и восстанавливать которые призывает ООН, относятся в том числе и экосистемы субарктических и арктических территорий. Они легко повреждаются и долго восстанавливаются после техногенных вмешательств и чрезвычайных ситуаций, таких как крупный разлив дизельного топлива в Норильске в мае 2020 года, рассказали исследователи Сибирского федерального университета (СФУ).

По мнению ученых, чтобы поддержать хрупкий экологический баланс северных территорий, необходимо развивать производство товаров, которые снизят нагрузку на почвы и водоемы и не будут отравлять окружающую среду. В СФУ ведутся многолетние исследования биопластиков, в том числе, на основе полигидроксиалканоатов (ПГА). Изделия из биопластиков (пленки, гранулы, медицинские мембраны) производятся на опытном производстве университета.

В исследовании, опубликованном в журнале Chemosphere, ученые привели результаты экспериментов по разложению биопластиков на основе ПГА микробным сообществом субарктических почв.

"Эти результаты говорят в пользу того, чтобы и дальше развивать производство таких биопластиков и изделий из них, как наиболее безопасных для субарктической зоны. Упаковочная тара, бутылки, пакеты из биопластиков смогут со временем заменить изделия из "традиционного" пластика. А бактерии и грибы-биодеструкторы помогут полностью переработать использованные вещи, не нанеся ни малейшего вреда природе, животным и людям, населяющим Крайний Север", – рассказала РИА Новости соавтор исследования, профессор базовой кафедры биотехнологии СФУ Светлана Прудникова.

Альтернативное топливо из отходов

Переработка различных типов отходов сегодня становится основой для "зеленых" бизнес-инициатив во всем мире.

Особый интерес представляет топливо из отходов (древесных опилок, растворителя, сточных вод и других видов). Как установили ученые Томского политехнического университета (ТПУ), это топливо не просто экологичнее и дешевле распространенных видов горючего, но и обладает большим энергетическим потенциалом и может конкурировать даже с углем и мазутом. Суспензии на основе опилок, сточной воды и растворителя, а также смесь угольной пыли и сточных вод могут стать перспективными топливными смесями, считают исследователи.

"Суспензионное топливо не уступает традиционному пылеугольному топливу по важным показателям. Оно позволит эффективно использовать многочисленные горючие отходы разных секторов экономики, заместить угольное сжигание и расширить сырьевую базу энергопредприятий", – рассказал РИА Новости доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ, кандидат физико-математических наук Ксения Вершинина.

Итоги исследования опубликованы в журнале Journal of the Energy Institute. Они могут быть полезными для любого предприятия, региона или даже целой страны, заинтересованной в развитии технологий энергетической утилизации низкосортных компонентов и отходов.

Диагностика водоемов

В рамках Программы ООН по окружающей среде (ЮНЕП) 250 ученых подготовили доклад "Глобальная экологическую перспектива-6". В нем говорится, что если меры по защите окружающей среды не будут значительно усилены, к середине столетия могут произойти миллионы преждевременных смертей, а загрязняющие вещества в пресноводных системах станут основной их причиной.

Экологи отмечают, что сегодня особенно актуально научиться отслеживать и ограничивать распространение в природе вещество имидоклоприд, которое на протяжении десятилетий использовалось в качестве инсектицида, и его присутствие в окружающей среде опасно возросло.

Ученые из Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) провели совместное исследование с коллегами из университета Гента (Бельгия) (Centre of Excellence in Mycotoxicology and Public Health, Faculty of Pharmaceutical Sciences, Ghent University). Они предложили выявлять присутствие имидоклоприда в воде электрохимическим методом при помощи емкостного сенсора на основе полимеров с молекулярными отпечатками.

"Насколько нам известно, это первый емкостный сенсор на основе полимеров с молекулярными отпечатками для обнаружения имидоклоприда в воде. Более того, впервые для определения интермодуляционных искажений был введен двухэтапный подход с этапом регенерации между каждым анализом. Это добавило возможность последовательного использования каждого электрода 32 раза", – рассказала к.х.н., старший научный сотрудник научно-образовательного центра "Нанотехнологии" ЮУрГУ Наталия Белоглазова.

По ее словам, другие методы определения опасного вещества, например, хроматография, требуют длительной подготовки образцов, большого количества растворителей и дорогостоящего оборудования. В дальнейшем разработанный сенсор можно интегрировать в автономно работающие платформы для диагностики водоемов. Данные исследования опубликованы в журнале "Scientific Reports".

Предотвращение катастроф как мера защиты

В последние годы на первый план научных исследований вышла разработка эффективных мер предотвращения губительных для окружающей среды катастроф, подобных авариям на АЭС в Чернобыле и Фукусиме. В настоящее время Россия строит атомные электростанции в Турции, Финляндии, Китае, Белоруссии, Индии, Бангладеш. Для обеспечения повышенной безопасности реакторов поколения 3+ запланированы дополнительные системы пассивной защиты — так называемые "устройства локализации расплава".

В случае тяжелой аварии с потерей теплоносителя корпус реактора может расплавиться. В этом случае устройство локализации расплава станет одной из систем пассивной защиты атомной безопасности и обеспечит изоляцию фундамента и почвы от кориума — расплава корпуса реактора и его активной зоны.

Остатки радиоактивных токсичных материалов активной зоны при аварии попадают в специальную ловушку, где охлаждаются до температур, при которых будет возможна работа спасательных бригад. Материаловеды Национального исследовательского технологического университета "МИСиС" (НИТУ "МИСиС") ведут проект по подбору нового материала ловушки расплава, который гарантированно обеспечит требуемые показатели надежности работы реактора, включая экстремальные режимы.

"Нам удалось смоделировать в лаборатории аварийный режим работы ядерного реактора и отследить поведение различных материалов, предлагаемых для изготовления ловушки. Мы проанализируем поведение материалов и рассчитаем минимальный уровень прочности корпуса ловушки, обеспечивающий гарантированное и безопасное устранение последствий расплавления активной зоны реактора", – рассказал РИА Новости заведующий лабораторией "Гибридные наноструктурные материалы" НИТУ "МИСиС" Александр Комиссаров.

Материал подготовлен в рамках "Проекта 5-100". Задача проекта – предоставление государственной поддержки ведущим университетам Российской Федерации в целях повышения их конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров.