Метан из отходов не должен пропадать: Изучение экосистем свалок
Ежегодно человечество производит миллиарды тонн твердых отходов. Около 70% этого мусора оказывается на свалках, где он медленно разлагается. Однако то, что кажется инертной массой бесполезного хлама, на самом деле является сложной экосистемой, кишащей микробной жизнью. Сообщества микроорганизмов питаются отходами, превращая их в побочные продукты — в основном, углекислый газ (CO2) и метан.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Applied and Environmental Microbiology, группа ученых из Университета штата Аризона и промышленных партнеров изучила микробные сообщества в фильтрате — жидкости, просачивающейся через твердые отходы на свалке. Они обнаружили, что состав и поведение микробов в засушливых регионах (например, в Аризоне) отличаются от сообществ в более влажных или умеренных климатических зонах. Состав также зависит от возраста отходов.
Исследование проводилось на свалке Salt River Landfill в Скоттсдейле, которая ежедневно принимает около 1600 тонн твердых бытовых отходов.
Разложение твердых отходов
«Я думаю о свалке как о большом шведском столе с углеродом для этих микроорганизмов», — говорит ведущий автор Марк Рейнольдс. Наши отходы в основном бумажные, богатые целлюлозой и гемицеллюлозой, которые легко разлагаются в анаэробных (бескислородных) условиях.
Многофакторный анализ показал, что температура и концентрация растворенных твердых веществ — два ключевых параметра, определяющих численность и разнообразие метаногенных микроорганизмов. Это хорошая новость, так как такие данные регулярно собираются на свалках и могут служить индикатором общих тенденций в производстве метана.
От мусора к топливу
Свалки твердых бытовых отходов были ответственны за более 15% выбросов метана в 2019 году, что эквивалентно миллиарду тонн CO2 (примерно выбросы от 22 млн автомобилей за год).
Обычно большая часть метана улавливается в виде биогаза и сжигается, превращаясь в CO2. Это ограничивает климатический ущерб, но является краткосрочным решением. Упущенный метан — это упущенная возможность использовать ценный ресурс. Исследование оценивает, что около пятой части свалок в стране подошли бы для улавливания и переработки газа.
В настоящее время микроорганизмы на свалках производят газ, состоящий примерно из 50% метана и 50% CO2. Изучая тонкую работу этих микроорганизмов — особенно метаногенных архей, которые являются главными "рабочими лошадками" в производстве метана, — исследователи надеются увеличить выход метана для его полезного использования (электроэнергия, топливо, отопление).
В поисках архей
Свалки — идеальная среда для изучения архей, которые сложно культивировать в лаборатории. Около 80% разнообразия архей остается неисследованным.
Исследование показало, что, хотя концентрации метана на засушливой свалке схожи с другими, разные сообщества метаногенов выполняют основную работу. Поведение микробов также зависит от возраста отходов: более молодые отходы имеют более высокую температуру и разлагаются по другому режиму. Засушливость также сильно влияет на разложение.
«Происходит реструктуризация или реорганизация этих микробов в засушливом климате на свалках», — говорит Рейнольдс. Дальнейшие исследования будут направлены на уточнение различий этих сообществ по сравнению с сообществами в умеренном и влажном климате, а также на изучение возможности использования биостимуляторов для управления производством метана.