Отходы жизнедеятельности человека — в удобрение

Ученые Института биофизики СО РАН (Красноярск) создали автоматическую установку для переработки органических отходов, в том числе жидких и твердых выделений человека, в питательный раствор. Разработанная полупромышленная система с шестилитровым реактором за сутки способна превратить в удобрение экскременты 24 человек. Конечный продукт можно использовать для выращивания растений. По биохимическим свойствам урожай не будет отличаться от полученного обычным способом. Установка создана в рамках долгосрочного проекта по созданию замкнутых систем жизнеобеспечения – основы будущих космических поселений на других планетах.

Исследователи создали установку, применив технологию мокрого сжигания отходов с использованием перекиси водорода и переменного электрического тока. В статье, опубликованной в журнале Life Sciences in Space Research, красноярские биофизики представили результаты масштабирования этой технологии и данные о выращивании растений на полученном после переработки растворе. Выяснилось, что при увеличении размера реактора резко падает энергоемкость процесса и повышается его эффективность. По словам одного из создателей системы, научного сотрудника ИБФ СО РАН кандидата биологических наук Сергея Трифонова, шестилитровый полупромышленный реактор потребляет около 800 Ватт-час (меньше, чем утюг или чайник) и, в случае непрерывной работы, за сутки способен справиться с испражнениями 24 человек.

— Мы сделали основную часть установки – реактор по переработке отходов – из сливного бачка для унитаза. Решили добавить нотку юмора в наши исследования. Правда руководству института это не очень понравилось. Сейчас готовим новую, более мощную установку в «приличном» исполнении, — рассказал нам Сергей.

Полученный раствор использовали для выращивания редиса. Овощи, собранные с опытной плантации, по своему биохимическому составу ничем не отличались от контрольной группы, которую выращивали на стандартной питательной среде. Традиционно, как и во всех экспериментах по созданию систем жизнеобеспечения, собранный урожай съели сами испытатели.

— У редиски был отличный вкус, — делится впечатлениями Сергей Трифонов.

Основной проблемой для внедрения этой системы является необходимость использовать в больших количествах перекись водорода.

— Наши коллеги из Института химии и химической технологии СО РАН (Красноярск) предложили оригинальную технологию электросинтеза перекиси водорода, но она еще требует совершенствования. Наши эксперименты показали, что для переработки экскрементов человека требуется в несколько раз меньше перекиси, чем для того же количества растительной массы. Возможно, в системах жизнеобеспечения мы будем использовать комбинацию методов: быстрого и эффективного мокрого сжигания отходов людей и медленной биологической переработки останков растений, — говорит Сергей Трифонов.

Система, испытанная исследователями, является частью долгосрочного проекта по созданию замкнутых систем жизнеобеспечения, необходимых в дальних космических перелетах и при основании поселений на других планетах.

Идею начали разрабатывать в Красноярске в 60-70-х годах прошлого века. Целью проекта было создание замкнутой системы, в которой возможно поддержание жизни человека за счет экологического круговорота воды и воздуха и воспроизводства пищи. В результате экспериментов появилась установка БИОС-3, где растения удовлетворяли все потребности человека в кислороде и производили до 50% пищи, необходимой для жизни экипажа.

Сергей ТрифоновОдной из нерешенных проблем этого комплекса была сложность с вовлечением в круговорот твердых отходов человека и несъедобной биомассы растений. Даже в недавно вышедшем голливудском блокбастере «Марсианин» исследователи высушивали и складировали свои испражнения. С точки зрения замкнутой системы жизнеобеспечения и законов сохранения, любой непереработанный отход — тупик, он нарушает самодостаточность системы. В случае космического поселения на другой планете такие тупики означают необходимость регулярной доставки грузов. Именно для решения этой задачи красноярские ученые разработали технологию мокрого сжигания органических отходов.

В настоящее время в Институте биофизики СО РАН разрабатывают лишь элементы будущей системы жизнеобеспечения нового поколения. Для запуска полномасштабного эксперимента, аналогичного проведенным 40 лет назад, требуется крупный заказчик и соответствующее финансирование. Сейчас институт задумался о земных приложениях технологий замкнутого цикла.

— Идея замкнутого, а значит — экологически чистого жилья, может быть реализована, например, при создании арктических поселений, — говорит советник РАН, один из разработчиков системы БИОС-3, академик Иосиф Исаевич Гительзон. — Мы можем использовать подсистемы переработки отходов, очистки воды и выращивания растений, для строительства жилых поселений нового типа на Земле. Такие дома или даже комплексы практически не загрязняют окружающую среду, и в то же время у их обитателей всегда будет свежая зелень.

Японские исследователи планируют к 2017 году создать полностью роботизированные теплицы, стоимость выращивания растений в которых будет ниже рыночной. Исследователи ИБФ СО РАН знают, как возделывать пищевые культуры с использованием безотходных технологий. Красноярские биофизики уверены: даже если мы не полетим на Марс в ближайшем будущем, принципы создания замкнутых систем жизнеобеспечения сделают наше существование более комфортным и экологически чистым здесь, на Земле.