Сосны против конопли: уральские ученые ищут способ остановить потепление климата
Выбросы парниковых газов на Земле достигли такого уровня, что природа уже не справляется с очисткой воздуха от избыточного содержания углерода. Что нужно сделать, чтобы ей помочь, – поиском ответа на этот вопрос занимаются сотрудники карбонового полигона "Урал-Карбон" в Свердловской области. Обозреватель "Утро.ру" побывала здесь в рамках пресс-тура по объектам нацпроекта "Наука и университеты" и научно-популярного маршрута, созданного в рамках Десятилетия науки и технологий.
Карбоновый полигон в 100 км от Екатеринбурга был открыт в 2021 году. Место выбрано не случайно: с одной стороны, в регионе много промышленных предприятий, с другой – обширные хвойные леса. Поэтому первой задачей ученых было понять, каковы здесь объемы вредных выбросов в атмосферу и насколько местная растительность реально снижает концентрацию углекислого газа.
Для этого проводятся исследования почвы, воздуха, деревьев. Так, физиологи растений изучают процессы, происходящие в растительных организмах, рассказала заведующая кафедрой экспериментальной биологии и биотехнологий Уральского федерального университета (УрФУ) Ирина Киселева.
"Наша команда занимается, в частности, исследованием фотосинтеза – процесса связывания углерода и удаления, таким образом, его из атмосферы. К этому способны все зеленые растения, но в разной степени. Здесь на карбоновом полигоне наша задача оценить, как фотосинтезируют растения уральского леса",
– поясняет Ирина Киселева.
Для этого исследователи используют инфракрасный газоанализатор. С его помощью оценивается содержание углекислого газа в пробе воздуха до процесса фотосинтеза и после. В камеру газоанализатора помещается, к примеру, веточка сосны, и фиксируются замеры СО₂ через определенное время. Это позволяет рассчитать, сколько углерода заберет на себя конкретный участок леса за час, за день, за год.
Эти показатели важны при восстановлении вырубленных лесов, рекультивации выработанных промышленных территорий, когда стоит параллельная задача секвестрации углерода. К примеру, на Урале, где много отвалов горной промышленности, рекомендуется восстанавливать традиционные таежные леса, представленные тремя основными хвойными породами – это пихта, сосна и ель. Причем исследования показывают, что из этих деревьев наибольший вклад в секвестирование углерода вносит сосна, причем определенного генотипа. Следовательно, ей и надо отдавать предпочтение, восстанавливая промышленно деградированные лесные территории.
Другое дело, что хвойные деревья растут довольно медленно и активно фотосинтезируют, только пока молодые, затем процесс значительно замедляется, и древесина лишь удерживает накопленный углерод, не собирая новый (а старая и гниющая и вовсе становится эмитентом – источником углерода). Поэтому как сопутствующий положительный эффект секвестрации CO₂ деревьями при рекультивации территорий – это отлично. А вот для карбоновых ферм – территорий, отведенных для выращивания растений специально для очистки воздуха от парниковых газов – это не самый выгодный вариант. С другой стороны, лиственные и травянистые растения не лучше.
"Цель карбоновых ферм – забрать углекислый газ из воздуха, зафиксировать в растительной биомассе, а эту биомассу дальше долговременно использовать. К примеру, трава летом тоже хорошо фотосинтезирует и связывает много углекислого газа. Но наступает осень, надземная часть растений отмирает, и в дело вступают жучки, червячки, грибы, насекомые, которые начинают эту органику разлагать – расщеплять до простых соединений, и снова в атмосферу выделяется углерод",
– говорит Ирина Киселева.
Таким образом, сотрудникам карбонового полигона предстоит решить сложную практическую задачу – подобрать растения, которые более всего подойдут для карбоновых ферм на Урале. Опыты последних лет показывают, что пока вне конкуренции техническая конопля (растение, не содержащее наркотических веществ).
"На поле учебного хозяйства УрГАУ высадили техническую коноплю. В период с 20 июля по 2 октября растения достигли в среднем 2 м 60 см. И секвестрация составила примерно 2,3 тонны чистого углерода из атмосферы на гектар технической конопли за 1,5 месяца. Это очень хорошие показатели, так как леса в наших широтах за год забирают из атмосферы порядка 1–1,5 тонн углерода на гектар и при этом являются эмитентами",
– рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории физики климата и окружающей среды УрФУ Константин Грибанов. Оборудование, которым располагает лаборатория, улавливает вертикальные потоки парниковых газов. С его помощью удалось установить, что первые 50 дней техническая конопля активно поглощала углерод из атмосферы, то есть поток шел вниз. Затем процесс практически остановился. А к концу эксперимента конопляное поле само стало хоть слабым, но эмитентом, то есть поток углекислого газа от него пошел вверх.
Это означает, что в климатических условиях Свердловской области есть смысл высаживать коноплю дважды за сезон. Тогда и секвестирование углерода составит до 5 тонн на гектар, и растение успеет достичь промышленной зрелости. Ведь мало найти возможности уловить парниковый газ, нужно сделать так, чтобы не было его повторного выброса.
"Если что-то выросло и поглотило углерод, то этому выращенному нельзя позволить ни сгореть, ни сгнить. Поскольку в противном случае все попадет обратно в атмосферу. Поэтому нужно придумать что-то для долговременного применения. Например, использовать в бетонной смеси, чтобы это еще лет 100 прослужило. Есть такая технология, когда части растений армируют в бетон и строят из этого малоэтажные здания. Это гарантированный способ надолго захоронить углерод. Можно одежду шить из конопляного волокна",
– поясняет Константин Грибанов.
Но пока широкого применения конопли у нас нет, так что с соснами получается надежнее, хоть и по старинке: сначала связанный углерод простоит 70-100 лет в виде дерева, потом примерно столько же в виде качественной бумаги или постройки. Однако учитывая негативную тенденцию – а за время наблюдений сотрудники полигона "Урал-Карбон" отмечают увеличение потока CO₂ от земли вверх по сравнению с обратным процессом – нам срочно нужны новые технологии, которые позволят удерживать собранный растениями углерод. Надежда на молодежь, что все больше приходит в науку!
Увидеть в действии оборудование карбонового полигона можно на территории Коуровской астрономической обсерватории УрФУ. О ней подробно расскажем в нашей следующей статье. Отметим, что объект является частью образовательно-туристического маршрута в Свердловской области, созданного по инициативе "Научно-популярный туризм" Десятилетия науки и технологий.
О том, какие научно-популярные объекты можно посетить в Иркутской области, читайте здесь.
Напомним, что 27-29 ноября 2024 г. на федеральной территории "Сириус" состоится ключевое ежегодное мероприятие Десятилетия науки и технологий – IV Конгресс молодых ученых.