Топливо из рыбьих потрохов

Разглядывая аппетитное филе красной рыбы, лежащее на тарелке, мы редко задумываемся о том, что, прежде чем попасть к нам на стол в виде стейка, рыба распрощалась с большим количеством несъедобных частей. По самым приблизительным оценкам, в результате переработки рыбы, креветок и прочих морепродуктов в пищевой промышленности ежегодно образуется 64 миллиона тонн отходов. Возможно, все эти отходы — потроха и головы — можно будет превратить в доходы, а точнее, в похожее на уголь вещество, которое называется «гидроогарок» («Energy Fuels», 2015, doi: 10.1021/acs.energyfuels.5b01671). Он хорош как топливо, а кроме того, это неплохая мелиорирующая добавка в почву, исходный материал для получения активированного углерода и углеродных наноструктурированных материалов и даже катализатор некоторых химических процессов.

Несколько лет назад аспирантка Университета Макгилла Шрикалаа Каннан узнала, что в канадском городе Гаспе, известном своими заводами по переработке рыбы, муниципалитет запретил местным пищевым производствам выбрасывать отходы рыбопереработки на городские свалки — запах был просто невыносимый. Но жидкие отходы переработки морепродуктов зачастую просто сливают в канализацию или водоемы, где они могут стимулировать нежелательный рост водорослей. У Каннан, темой исследования которой были способы превращения отходов в биотопливо, появилась идея, как сохранить окружающую среду не только в Гаспе, но и в других городах со сходными проблемами.

Каннан еще раньше отработала получение гидроогарка из древесных опилок и несъедобных фрагментов растений с помощью гидротермической карбонизации. Отходы нагревают с водой при повышенном давлении и температуре 150—300°C, и в результате образуется богатое углеродом твердое вещество. Но все типы отходов, на которых была отработана гидротермическая карбонизация, содержали целлюлозу — она очень легко расщепляется в самых различных условиях, это облегчает последующую карбонизацию и получение богатого углеродом материала. Каннан решила приспособить методику для переработки более сложных по химическому составу отходов морепродуктов, содержащих углеводы, белки и жиры.

Первые попытки Каннан и ее коллег получить гидроогарок из рыбных потрохов и голов креветок с помощью нагревания (150°C) при повышенном давлении закончились неудачей. Методом проб и ошибок исследователям удалось выяснить, что нагревание отходов в течение 16 часов в присутствии коммерчески доступных ферментов все же позволяет получить углеродсодержащий материал.

Помогли ферменты — липаза и протеаза способствовали гидролизу сложных макромолекул в составе пищевых отходов, превращая их в более простые вещества, которые потом и карбонизировались. Исследователям удалось получить огарок из отходов рыбы и креветок, превратив в полезный материал 29 и 36% сухой массы того и другого типа мусора соответственно (это нормальный выход при регенерации такого рода отходов). Забавно, что вместо отвратительных рыбных отходов получился огарок, пахнущий кофе. Каннан полагает, что это может быть признаком протекания реакции Майяра, той самой, что создает аппетитную румяную корочку на жареной картошке или мясе, — взаимодействия аминокислот и углеводов при повышенной температуре.

Прежде чем применять новую технологию для решения проблем с отходами переработки морепродуктов, исследователи как минимум планируют определить содержание углерода в полученном гидроогарке и установить его теплотворную способность. А еще они хотят оптимизировать процесс переработки, увеличив конверсию отходов в гидроогарок.