В свете все более усугубляющихся энергетических и экологических проблем в мировом масштабе совершенно очевидным становится тот факт, что решение этих проблем лежит в области поиска возобновляемых и экологичных источников энергии.

Перспективным кандидатом на эту роль является многолетнее травянистое растение Мискантус Гигантский (Miscanthus Giganteus). Этот гибрид был искусственно создан в 1989 году датским селекционером Карлом Фостером из вида «Miscanthus sinensis», родиной которого являются берега Азии.  Из-за высокого роста (около 3м) и внешнего сходства с обычной луговой осокой Мискантус Гигантский также называют «слоновой травой» (см. Рис.1).

Данный гибрид не инвазивен, устойчив к вредителям, болезням и может произрастать даже на малоплодородных почвах. Главное преимущество среди остальных промышленных культур – высокая урожайность и большое содержание целлюлозы. Ежегодно с одного гектара собирается по 15-18 тонн сухой биомассы, в которой содержится не менее 42% целлюлозы (см.Рис.2) Подробнее по ссылке.

Благодаря отечественным ученым, были выведены собственные технические сорта Мискантуса Гигантского – «Камис», «Фортис», «Верум», «Багряный», «Белоярский», которые показали высокую адаптивность к климатическим условиям Центральной полосы России.

---

Использование Мискантуса в биоэнергетике

Если рассматривать энергетическое приложение Мискантуса, то наиболее простым способом является производство топливных пеллет. Результаты исследований показывают, что пеллеты из Мискантуса оказывают меньшее воздействие на окружающую среду по сравнению с древесными, в основном из-за меньшего потребления энергии во время гранулирования. В частности, 1 тонна пеллет из Мискантуса дает углеродный след 121,6 кг CO2-экв, что примерно на 8% ниже по сравнению с древесными пеллетами. Подробнее по ссылке. И второй немаловажный момент – мискантус гигантский накапливает СО2 больше, чем выделяется при сжигании пеллет. Ведь мискантус гигантский относится к растениям класса с4-фотосинтез и накапливает СО2 всем растением, включая корневище, которое остается в земле и перерабатывает «плохой» СО2 в «хороший» углерод, увеличивающий плодородие почвы.

Также описан способ получения биоугля из Мискантуса методом медленного пиролиза с последующей грануляцией. По результатам проведенного исследования общий углеродный след снизился на 737 кг CO2-экв/т высушенного сырья. При этом указывается, что полученный биоуголь, используемый в качестве добавки к почве, может значительно повысить ее характеристики: улучшить здоровье и плодородие, структуру почвы, доступность питательных веществ, способность почвы удерживать воду, а также такая обработка способствует длительной сохранности углерода в почве. Подробности по ссылке.

Связывание углерода в почвах можно рассматривать не только как стратегию смягчения глобального изменения климата, но и как источник прибыли для компаний через применение углеродных квот. Подробнее по ссылке.

Еще одним перспективным направлением трансформации Мискантуса Гигантского в биотопливо является предварительная предобработка его биомассы с последующим метановым сбраживанием и, соответственно, получением биогаза на выходе. Подробнее по ссылке.

Кроме того, целлюлозу из Мискантуса после предварительной обработки можно гидролизовать до раствора простых сахаров и посредством спиртового брожения получить биоэтанол, который можно использовать в качестве энергоносителя либо преобразовать в этилен.

---

Мискантус в строительстве

Легкие бетоны из растительного сырья с каждым годом все активнее применяют в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве.
Их используют для изготовления блоков и панелей, подходящих для возведения стен, перегородок и перекрытий, а также тепло- и звукоизоляционных плит.

Отлично зарекомендовал себя в этом плане био-бетон из Мискантуса, используемый в современном экологичном строительстве. Для его производства используется технология затворения рабочего раствора, при которой на 1 куб.м. растительного заполнителя, состоящего из мелкофракционных волокнистых частиц, длиной до 40 мм и диаметром до 5 мм, добавляется:

• 180 – 400 кг минерального связующего,
• 4 – 14 кг негидратируемого мелкофракционного минерализатора, подготовленного из расчета 25-50 кг на 1 тыс. кг воды. Подробнее по ссылке.

Помимо этого, производство таких строительных композитов требует соблюдения ряда правил:

1. удельный вес сырья Мискантуса в непрессованном рассыпчатом состоянии в общем составе рабочего раствора – 80 – 160 кг/м при остаточной влажности в пределах 15%;
2. использование негидратируемого минерализатора мелкого помола, обеспечивающего при твердении прочное соединение между наполнителем из Мискантуса и минеральной основой связующего.

Согласно проведенным исследованиям, композиты из Мискантуса обладают сравнительно лучшими свойствами, чем традиционные изоляционные материалы, и удовлетворяет большинству требований, предъявляемых к применению внутри помещений. К тому же общий углеродный след изоляционной системы на основе волокон Мискантуса достигает экономии до 95% (!) выбросов CO2 по сравнению с обычными системами. Подробнее по ссылке.

---

Применение Мискантуса в целлюлозно-бумажной отрасли

На сегодняшний день целлюлоза, получаемая из Мискантуса Гигантского, наиболее часто используется в целлюлозно-бумажной промышленности. А именно на производстве бумаги, картона, биоразлагаемой упаковки и одноразовой посуды, где уже много лет идет поиск аналога сильно загрязняющего окружающую среду пластика.

Кроме этого, из биомассы Мискантуса можно получить высокоценные полимеры. Например, нитраты целлюлозы Мискантуса Гигантского активно используются для производства биосенсоров, мягких роботов, биофильтров, а бактериальная целлюлоза, благодаря совместимости с тканями человека, может применяться в медицине для заживления ран и восстановления повреждений кровеносных сосудов. Подробнее по ссылке.

Помимо всего прочего, Мискантус Гигансткий также может быть вовлечен в различные проекты в рамках концепции глубокой переработки биомассы для получения ценных химических веществ, таких как гидроксиметилфурфурол, фурфурол, фенолы, этиленгликоль. Подробнее по ссылке.

---

Мискантус в озеленении городских территорий

Мискантус Гигантский – это не только перспективное промышленное сырье, но и декоративное растение, которое может быть использовано в благоустройстве и озеленении городов.

Благодаря своим буферным свойствам, данная культура может быть использована в качестве «живой изгороди» вдоль магистральных и объездных дорог, а также защитных полос, отгораживающих экологически опасные предприятия от жилых районов города. Подробнее по ссылке. Густая и высокая «Мискантополоса» способна поглощать до 26 тонн углекислого газа в год, выделяемого в атмосферу заводами и автомобилями, и способствовать накоплению углерода и азота в почве, по сути, являясь карбоновой мини-фермой в черте города. Подробнее по ссылке. При этом данную культуру, в отличие от лесополос и кустарника, гораздо легче высадить и удалить с участка (см. Рис. 11).

---

Также Мискантус Гигантский способен решить проблему рекультивация почв на территориях заброшенных заводов и мусорных полигонов, актуальную для многих городов России.

В России в начале 2022 года компанией ООО «АгроЭкоСистемы» была проведена экспериментальная работа по оценке потенциала Мискантуса Гигантского для биоремедиации объектов, загрязненных тяжелыми металлами. Эксперимент проводился на водорастворимых солях металла – хлориде никеля и нитрате свинца. Результаты подтвердили высокую результативность Мисканутса Гигантского в качестве базовой культуры для биоремедиации. А также показали, что наземную массу этого растения можно использовать в качестве сырья, так как накопление вредных веществ аккумулируется в основном в корневой системе. Подробнее по ссылке.

В октябре 2022 года была опубликована исследовательская работа «Рекультивация почв на территориях муниципальных заводов с использованием Мискантуса Гигантского». Результаты первого года показали хорошую способность Мискантуса накапливать загрязняющие вещества и тяжелые металлы (Al, Zn, Fe, Pb, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni), что обуславливает его применение для биологической обработки постиндустриальных почв, на свалках и отстойниках разного уровня.

---

Таким образом, можно сказать, что на сегодняшний день Мискантус Гигансткий является одним из наиболее перспективных растительных объектов, который способен обеспечить поэтапный переход России к низкоуглеродной экономике с максимальным охватом различных отраслей промышленности и городского хозяйства. Целенаправленное культивирование и глубокая переработка биомассы Мискантуса позволят достичь значительного сокращения углеродного следа, при этом существенно улучшив экологию и сняв напряженность в энергетической сфере. Все это напрямую соответствует национальным интересам нашей страны, так как будет способствовать росту экономики, повышению конкурентоспособности и престижа России в мире. Одним словом – чудо трава, которую необходимо включить каждой компании, практикующей ESG-стандарты!

Авторы статьи – Анисимова Елена, Лукина Любовь