С любого дна достанут
Одной из наиболее серьёзных экологических проблем на планете считается утечка нефти. Это случается у всех добывающих компаний в мире. В случае загрязнения водных объектов ликвидация последствий чаще всего ограничивается сбором мобильной нефти с поверхности воды. Однако более половины тяжелого углеводородного сырья опускается на дно и на протяжении десятилетий отравляет экосистемы водоёма. Учёные Биологического института ТГУ разработали прорывную технологию «Аэрощуп», которая позволяет без применения «химии» и выемки грунта очищать от нефти дно водоёмов. Первым объектом, который биологи ТГУ «вернули к жизни», стало озеро Щучье в Заполярье – там произошёл разлив, занесённый в Книгу рекордов Гиннесса как крупнейший разлив нефти на суше.
Не сказка про щуку
Толчком к созданию уникальной технологии стала одна из крупнейших в истории добычи нефти авария, которая произошла в Республике Коми в начале 1990-х годов. Тогда по официальной версии из трубопровода вылилось 14 тысяч тонн сырой нефти, а по неофициальной – свыше 100 тысяч тонн. Авария, связанная с самым масштабным разливом нефти на суше, вошла в книгу рекордов Гиннесса. Одним из водных объектов, пострадавших от загрязнения углеводородным сырьём, было озеро Щучье.
– Через несколько лет после аварии в Заполярье начались волнения общественности, – рассказывает директор Биологического института ТГУ Данила Воробьев. – Местные жители и СМИ рассказывали о щуках-мутантах с уродливыми челюстями. Тогда организация «Комирыбвод», курирующая водные ресурсы, обратилась в НТО «Приборсервис», а они к нам – для организации исследований на Щучьем. При отборе проб ихтиофауны мы действительно обнаружили рыб с укороченной нижней челюстью, но это было морфологическое изменение, а не генетическая мутация. Нефть на дне вполне ожидаемо тоже была обнаружена.
Из-за суровых климатических условий Заполярья её деградация шла медленнее, чем это происходило бы в регионе с более продолжительным теплым периодом. Объект требовал очистки, но технологий очистки дна от нефти на больших глубинах на тот момент не существовало. Методы, которые использовались в России и в мире, предполагали либо выемку грунта для его последующей очистки, либо использование химических препаратов, которые сами по себе являются нагрузкой на природные объекты и недопустимы для использования. Было очевидно, что необходимо создавать новый подход, который позволит решить проблему озера Щучье и других загрязнённых водоёмов.
– Сформировалась рабочая группа из учёных и инженеров, – продолжает Данил Сергеевич. – Мы рассматривали самые разные варианты, включая частичную откачку воды и даже полное осушение водоёма с рекультивацией дна с последующим наполнением озера. Но этот вариант был слишком трудозатратным, к тому же местный ландшафт не подходил для таких действий. Нужно было каким-то образом, не погружаясь на дно, поднять с него нефть. В итоге появилась идея сделать это методом флотации с помощью воздушных пузырьков. Оборудования для этого не было, была только идея. Устройство для бесконтактной очистки пришлось разрабатывать с нуля. Название «Аэрощуп» появилось уже позже, в 2011 году.
Новое оборудование было сначала протестировано на озере Щучьем, затем с его помощью провели полноценную очистку озера. Со дна водоёма удалось поднять 157 тонн нефти. В течение нескольких последующих лет биологи ТГУ вели мониторинг: отбирали пробы воды, ихтиофауны, донных отложений и гидробионтов – организмов, обитающих на дне и выступающих биоиндикаторами экосистемы. Спустя 10 лет после очистки экосистема озера практически полностью восстановилась. Это доказывали как лабораторные анализы, так и полное восстановление морфологии у его обитателей. К щукам из спасённого озера вернулось их прежнее обличье.
Тайны, покрытые нефтью
Первый опыт применения Аэрощупа показал, что технология имеет большие перспективы. Но продвигать её на рынке оказалось сложно. Главным заслоном было то, что несмотря на потребность в ликвидации последствий аварий, нефтедобывающие компании предпочитают не афишировать подобные вещи. Многим природопользователям выгоднее скрыть проблему во избежание репутационных рисков и финансовых затрат.
Не сразу, но учёным ТГУ всё же удалось найти партнёра, заинтересованного в использовании инновационных подходов для улучшения экологической обстановки в зоне своего присутствия. Партнёром Биологического института ТГУ выступило одно из крупнейших добывающих предприятий НК «Роснефть» – АО «Самотлорнефтегаз». В 2017–2018 гг. учёные вместе с представителями компании провели опытно-промышленные испытания Аэрощупа в Нижневартовском районе ХМАО на озере с «историческим» загрязнением, доставшемся новому природопользователю с советских времён.
При проведении опытно-промышленных испытаний одной из основных задач было усовершенствование технологии – подбор таких алгоритмов, при использовании которых максимальный объем углеводородов, поднятых со дна, можно утилизироваться на месте. Такие схемы необходимы для работы на труднодоступных объектах, откуда сложно организовать транспортировку углеводородов.
После ремедиации озера площадью 1,2 гектара повторное обследование показало, что благодаря использованию новой технологии содержание нефти в его донных отложениях снизилось в 50 раз. Это привело к запуску процесса самовосстановления озера.
В 2019 году совместный проект ТГУ и АО «Самотлорнефтегаз» был представлен на нескольких профильных конкурсах и получил высокую оценку на российском и международном уровне. Так, он вошёл в тройку финалистов престижного конкурса Русского географического общества и стал победителем международного проекта «Экологическая культура. Мир и согласие» в номинации «Сохранение природных комплексов и биоразнообразия».
Превратить шансы в возможности
Продвигать отечественные технологии на отечественном рынке трудно. Если же новый подход связан с воздействием на природу, это трудно вдвойне. Чтобы Аэрощуп получил «зелёный свет» и мог использоваться на территории нефтедобывающих регионов, требовалось, прежде всего, пройти государственную экспертизу. В 2019 году в России не было ни одной технологии для очистки донных отложений водоёмов от нефти, которая бы имела положительное заключение экспертов. Аэрощуп стал первым, кто получил «знак качества» от Росприроднадзора. Данные опытно-промышленных испытаний, проведённых на нескольких объектах в ХМАО, позволили доказать, что технология, созданная учёными ТГУ, является не только эффективной, но и безопасной.
Стоит отметить, что положительное заключение госэкспертизы Росприроднадзора, выданное на технологию «Аэрощуп», имеет бессрочное действие. На 2022 год эта технология ТГУ по-прежнему остаётся единственной в России, имеющей такой «знак качества». Его наличие крайне важно с точки зрения выстраивания взаимодействия с нефтедобывающими компаниями.
– Заключение, выданное Федеральной службой по надзору в сфере природопользования, дало нам возможность расширить сотрудничество с компаниями, чей регламент деятельности строго прописан, – объясняет Данил Воробьев. – Сегодня востребованность в подобных технологиях очень велика. Это связано с тем, что в России, во-первых, ведется активная добыча углеводородов, во-вторых, много водных объектов с «историческим» загрязнением. В советские годы, когда шло массовое освоение месторождений и случались крупные утечки нефти, очистные работы фактически не проводились, поэтому наследие досталось «богатое».
Над его ликвидацией учёные начали работать вместе с ООО «Лукойл-Коми», работающей на территории Республики Коми и Ненецкого АО. Первый опыт совместной работы у будущих партнёров был приобретен еще при очистке озера Щучье. В 2020 году нефтедобывающая компания и ТГУ подписали соглашение о комплексном сотрудничестве, нацеленном на обеспечение экологической безопасности водных объектов нефтегазоносных районов Арктики и прилегающих к ней территорий.
В 2021 году учёные с помощью Аэрощупа провели очистку первого крупного объекта – пятикилометрового участка водотока Малый Войвож (приток р. Яреги). В результате концентрацию нефти в донных отложениях удалось снизить в 65 раз.
«Окно» в Европу, Азию и Америку
В 2019 году, параллельно с продвижением Аэрощупа на российском рынке, разработчики начали работать над промоушеном технологии за рубежом.
– Мы понимали, что наряду с эффективностью у Аэрощупа есть такой козырь, как экологичность. «Зелёные» технологии очень ценятся в Европе, но найти выход на этот плотный рынок очень сложно, – говорит инженер проекта «Аэрошуп» Андрей Трифонов. – Поэтому мы решили попробовать свои силы на площадке, которая не очень известна в России, но довольно популярна в ЕС – это так называемый реактор коммерциализации (Commercialization Reactor). Эта платформа уже около 15 лет успешно растит высокотехнологичные стартапы в Европе.
Одним из первых шагов для участников традиционно становится Ignition Event (Зажигание) – мероприятие по подбору партнеров, которое проходит раз в полгода в Риге. На нём учёные представляют свои проекты и могут получить не только оценку экспертов, но и предложение от потенциальных партнёров – предпринимателей, которые готовы продвигать новый продукт или технологию в странах Европы.
Аэрощуп с первой попытки успешно прошёл экспертизу, после чего была сформирована команда для продвижения разработки ТГУ. С этой же целью в конце 2019 года при поддержке реактор коммерциализации в Латвии было создано малое предприятие PurOceans Technology.
В 2021 году возможности Аэрощупа были продемонстрированы в морских портах Латвии и Литвы. Интерес к технологии проявили целый ряд потенциальных клиентов, среди которых порты городов Лиепая, Мальмё, Копенгагена, несколько портов из Германии, Норвегии и Португалии. О потребности в использовании Аэрощупа заявило Минприроды Перу, с ним у ТГУ достигнута предварительная договорённость о сотрудничестве. Также начата работа по продвижению технологии в странах Юго-Восточной Азии, где ведётся активная добыча углеводородов.
Бактерии на службе у биологов
Несмотря на высокий КПД Аэрощупа, позволяющего снижать концентрацию нефти в донных отложениях водоёмов в десятки раз, биологи решили добиться максимально возможной эффективности очистки объектов. Для этого были использованы биотехнологии. Учёные БИ совместно с партнёрами из ГК «Дарвин» создали новый инструмент – биопрепарат «Абориген». После ликвидации основного загрязнения он позволяет проводить «тонкую» доочистку донных отложений и почвы от нефти.
Летом 2021 года новый препарат впервые применили на водном объекте в Заполярье в рамках совместного комплексного проекта с ООО «ЛУКОЙЛ-Коми».
– Углеводородокисляющие бактерии были выделены из природных сред – донных отложений и почвы, загрязненных нефтью, – рассказывает заведующая лабораторией промышленной микробиологии БИ ТГУ Юлия Франк. – Приспособленные микроорганизмы заселяют такие среды, поскольку находят там для себя «питание». Но в природе они находятся в количестве, недостаточном для быстрой очистки. Совместно с коллегами из ГК «Дарвин» мы создали препарат с высокой концентрацией колониеобразующих единиц таких бактерий. Все микроорганизмы были выделены в северных районах и поэтому устойчивы к сложным климатическим условиям.
Бактерии, питающиеся нефтью, концентрируют и размещают на полимерных носителях. Благодаря тому, что микроорганизмы – окислители нефти находятся в прикрепленном состоянии на поверхности и внутри пористого материала, этот инструмент можно использовать не только для озер, но и для водных объектов, где есть течение.
Добавим, что биопрепарат, созданный биологами ТГУ, подходит для очистки как воды, так и загрязнённой почвы. Консорциум углеводородокисляющих бактерий был протестирован в рамках полевых испытаний, проведённых в ХМАО. Эксперимент проводился на восьми участках, расположенных на территории нефтегазодобычи. Суммарное содержание нефтепродуктов в почве было снижено в 12 раз за три месяца.
Приведи в порядок свою планету
Технология «Аэрощуп», созданная в БИ ТГУ оказалась эффективной не только в отношении очистки донных отложений от нефти, но и для решения проблемы загрязнения водоёмов пластиком.
– Пластик сегодня присутствует везде, где ступила нога человека, – говорит директор Биологического института ТГУ Данил Воробьев. – Более того, результаты большого трансарктического перехода, который совершили российские учёные под руководством сотрудника ВНИРО, профессора БИ ТГУ Алексея Орлова, показали, что макропластик встречается и там, где людей нет, например, в Карском и Чукотском морях. Туда он выносится реками, которые сейчас сильно загрязнены. О водоёмах, расположенных в доступных местах, и говорить нечего.
По словам биологов, синтетический материал, находящийся на поверхности водоёмов, не представляет большой сложности для очистки – его можно легко собрать. Если этого не сделать, со временем происходит биообрастание пластика и включение минеральных частиц, то есть он приобретает отрицательную плавучесть и оседает на дно, где распадается на микропластик и разлагается, выделяя токсические вещества.
В 2019 году технологию «Аэрощуп» протестировали на пластике в лабораторных условиях. В ходе испытаний была подтверждена способность Аэрощупа извлекать загрязняющие частицы из донных отложений. Оказалось, что Аэрощуп хорошо «работает» в любых условиях. Под гидропневматическим воздействием от пластика отделяются минеральные частицы, которыми материал успевает обрасти в воде, плавучесть становится положительной, загрязняющие компоненты поднимаются на поверхность водоёма, после чего можно проводить механическую сборку. Таким образом, технологию, созданную для очистки донных отложений от нефти, можно использовать как недорогой и эффективный инструмент решения проблемы пластикового загрязнения. В 2022 году заинтересованность в этом инструменте для решения «пластиковой» проблемы выразил Вьетнам.
Человечество уже осознало, что одним из глобальных вызовов, угрожающих ему и требующих немедленного решения, является истощение природных ресурсов и загрязнение среды. Потребности населения планеты всё сложнее вписываются в её возможности. Разработки учёных ТГУ помогают решать эту проблему и снижать антропогенную нагрузку человека на окружающую среду, восстанавливать водные и почвенные экосистемы в интересах будущих поколений. В ближайшем будущем учёные намерены продолжить свои исследования и использовать их результаты для создания новых продуктов и технологий, необходимых для восстановления природных экосистем.
Биологический институт ТГУ имеет более 25 патентов на технологии, устройства и продукты, предназначенные для очистки природных объектов от нефти нефтепродуктов, и является лидером в РФ по созданию таких разработок;
Премьер-министр РФ Михаил Мишустин высоко оценил разработку учёных ТГУ.
