Борщевик Сосновского: опасный сорняк или сырье для производства биополимеров?
Знаменитый борщевик Сосновского, которого опасается уже не одно поколение жителей России, в условиях дефицита кормов середины XX века экспериментально внедряли как кормовую культуру в животноводческие хозяйства. Эксперимент потерпел неудачу из-за высокого содержания фурокумаринов в биомассе этого вида борщевика – они негативно влияли на здоровье животных и ухудшали качество молока и мяса. В конце 1980-х и начале 1990-х годов из-за потрясших нашу страну перемен были заброшены крупные сельхозплощади, и борщевик Сосновского вышел из-под контроля, захватывая необрабатываемые земли, обочины дорог, лесные опушки, садоводческие участки. С борщевиком сегодня ведется активная борьба – и в последнее время стали появляться статьи об использовании растения для биотехнологических производств. Оправдано ли это?
Распад СССР: потеря контроля над опасной культурой
Борщевик Сосновского (Heracleum sosnowskyi) – растение рудеральное. Он быстро распространяется по нарушенным территориям, где местная флора уже значительно подавлена или почти полностью заменена такими же рудеральными и синантропными растениями. Его экологическая ниша – рыхлые увлажненные почвы с хорошим освещением, здесь борщевик Сосновского почти не имеет конкурентов среди прочих растений благодаря аллелопатически активным соединениям – в частности, тем же фурокумаринам (фуранокумаринам).
Оставшись без контроля в условиях постсоветской разрухи, борщевик Сосновского быстро захватил большие площади, вегетативным образом переходя от участка к участку по железным и автодорогам, вдоль тропинок и рек. Случайный транспорт разносил его семена на большое расстояние. Этот процесс по понятным причинам был упущен, и в России борщевик Сосновского официально утратил «хозяйственную полезность» только в 2012 году – именно тогда это растение исключили из Госреестра. Почему? Именно в это время начало вставать на ноги подкошенное развалом СССР сельское хозяйство – пришла пора обновлять нормативные документы.
Спохватились: как поймать сбежавшее растение
С 2015 года Heracleum sosnowskyi признали опасным сорняком, с 2019 года ввели штрафы за борщевик на земельных участках – однако к этому времени он распространился настолько, что приблизил экологическое бедствие. Сегодня это растение – одно из самых опасных инвазивных видов, распространенных в Центральной и Северной Европе. Сложнее всего ситуация обстоит в регионах, куда первоначально был интродуцирован борщевик в больших масштабах.
За эти годы разработано достаточно много методов контроля борщевика Сосновского, эффективных в той или иной степени. Обработка гербицидами и механическое удаление растений, термические и микроволновые воздействия – В России ежегодно тратятся миллионы рублей на химическую борьбу c этим видом борщевика. Это приводит к загрязнению окружающей среды гербицидами и их метаболитами и уничтожению окружающей растительности. Николай Кудрявцев (ФНЦ лубяных культур в структуре НИИ льна) предлагал использовать для борьбы с борщевиком Сосновского моллюсков: сетчатого, окаймленного и полевого слизня, улитку большой завиток, которые, по словам учёного, успешно повреждают стебли и корни опасного сорняка.
Требования к собственникам захваченных борщевиком земель ужесточаются с каждым годом. Одним из способов борьбы с борщевиком является его механическое уничтожение – в результате «вырубки» остаётся большое количество биомассы, которую можно было бы эффективно использовать и, таким образом, отчасти компенсировать затраты на борьбу с борщевиком Сосновского.
Потенциальная возможность для бизнеса: ценное сырье
Борщевик Сосновского как недревесное растительное сырье может стать перспективной базой для получения целлюлозы. В этом ключе у него есть два огромных преимущества: ежегодная воспроизводимость и низкая стоимость.
Характерные особенности сырья:
· высокое содержание гемицеллюлоз (пентозанов)
· зольность
· наличие неволокнистых клеток
· тонкие волокна
Интересно, что борщевик по содержанию лигнинов близок к древесине березы и тополя. Основное отличие – в составе. В сырье H. sosnowskyi в 13,5–25 раз больше минеральных элементов, в 7 раз больше экстрактивных веществ, растворимых в горячей воде. (в древесине H. sosnowskyi примерно в 7 раз больше).
Химический состав зеленой массы борщевика Сосновского разнообразен и включает 20–25% углеводов, около 10% сахаров, до 16% белков, до 14% каротинов, 17 аминокислот, дубильные вещества, эфирные масла, глутамин, витамины С и Р, фолиевую кислоту, полисахариды, кумарины, макро- и микроэлементы. Опуская подробности, борщевик Сосновского может стать перспективным сырьем для производства биополимеров:
· Сверхлегких и сверхпрочных материалов
· Прозрачного, гибкого и прочного материала
· Аналога наноуглеродных трубок
· Нитратов наноцеллюлозы
· Фильтров различного назначения
· Сорбентов для поглощения разлитой нефти, масел и нефтепродуктов
· Медицинских и фармакологических клеевых композитов и перевязочных материалов
· Полимеров для 3D-принтера
· Загустителей и стабилизаторов для производства пищевых продуктов
Биотопливо из борщевика
Биоэнергетика сегодня стала самостоятельной отраслью современной мировой энергетики. Она основана на производстве топлива и энергии из биомассы, в том числе, органических отходов растительного и животного происхождения. В рамках биоэнергетики производят жидкое (биоэтанол, биобутанол и биодизель) и твердое (пеллеты и брикеты) топливо, а также биогазы.
Любое сырье, содержащее масла, значительные количества сахаров, целлюлозы или крахмалов, можно использовать для производства биотоплива. Здесь тоже есть возможность использовать борщевик Сосновского – в качестве сырья для производства биоэтанола и биобутанола , благодаря высокому содержанию сахара и значительному выходу биомассы.
При урожайности 50 т/га и 10% сахара выход биоэтанола при переработке борщевика составит от 2500 л/га, при урожайности 200 т/га и 31% сахара – 29000 л/га, сообщают Е. Осипова и Е.Гладков в статье «Heracleum Sosnowskyi Manden. as a Source of Valuable Chemicals» – журнал Chemical Methodologies, 2024 г.
К сожалению, этанол из борщевика низкокачественный, с неприятным запахом, не крепче 90%. В этиловом спирте из этого растения много примесей: кетоны, карбоновые кислоты, полифункциональные продукты, карбонильные соединения и сложные эфиры. Эту проблему можно решить двойной перегонкой с последующей ректификацией – так будет получен пищевой этанол. Из борщевика можно получить и биобутанол – он более выгоден в качестве биотоплива, чем биоэтанол: не вызывает коррозии двигателей, имеет более высокую энергетическую ценность, лучше смешивается с бензином и может транспортироваться по трубопроводам. Но получить его сложнее, чем биоэтанол, и выход меньше.
___________
Одна из ключевых причин катастрофического распространения борщевика Сосновского –нерациональное природопользование. Напомним, что заселяет он только нарушенные земли: заброшенные поля, опушки, пустыри, пространства вдоль дорог и железнодорожных путей, селится вдоль русел рек, на пожарищах, вырубках, свалках и тому подобных территориях. Безусловно, это растение предпочитает поля, которые не обрабатывались годами и десятилетиями. Речь идет не только о развалившихся колхозах и совхозах – большую роль в последние годы здесь играют опустевшие обанкротившиеся фермерские хозяйства, которые по тем или иным причинам не смогли занять устойчивую нишу на сельскохозяйственном рынке. Таких хозяйств немало.
В последнее время появились интересные статьи, посвященные экономической выгоде использования борщевика Сосновского в различных производственных биотехнологических процессах. Однако экономически окупится производство биополимеров, биодизеля и прочих новых видов продукции из борщевика только при условии постоянного поступления сырья. Сокращение биомассы борщевика Сосновского на необрабатываемых полях приведет к истощению этого ресурса в течение нескольких лет.
Это возвращает нас к промышленному выращиванию борщевика – что совершенно неприемлемо с точки зрения экологии. Биотехнологические компании, желающие работать именно с этим сырьем, таким образом, должны быть готовы платить людям за сбор борщевика Сосновского на их землях или в труднодоступных местах (лесных опушках, приусадебных участках, у водоемов и вдоль дорог) и впоследствии производить первичную переработку этого сырья. Смогут ли подобные компании в итоге полностью компенсировать свои затраты?
Комментарии (0)