Даже на примере такого, безусловно, вредного и опасного для здоровья растения, как борщевик Сосновского, можно доказать тезис: «Нет такой вредной вещи, из которой нельзя было бы сделать полезную». И мы располагаем такими доказательствами.
Борщевик Сосновского, чем опасен и полезен
Чем опасен борщевик Сосновского
Борщевик (борщевик Сосновского) на поля «пригласили» сами агрономы. После Великой Отечественной войны необходимо было восстановить поголовье скота, для чего требовался дешевый и доступный корм. Борщевик отвечал всем требованиям: был неприхотлив, быстро рос и имел в себе все необходимые скоту питательные вещества и витамины. Вот его и завезли в нашу Среднюю полосу и стали активно культивировать.
Никто не ожидал тогда, что растение окажется не только неподходящим для корма скота, но и опасным для здоровья людей. То есть скотина поедала широкие листья борщевика с удовольствием, но молоко и мясо этих животных утрачивало свои привычные вкусовые качества.
А содержащиеся в борщевике фуранокумарины (вещества, резко повышающие чувствительность организма к ультрафиолетовому излучению) вызывали у людей сильные ожоги.
Стоило прикоснуться к растению, а потом хотя бы ненадолго попасть под прямые солнечные лучи, как человек получал ожог второй степени. Если же сок растения попадал в глаза, это могло кончиться совсем плохо – полной или частичной слепотой.
Выяснилось, что даже проходить мимо борщевика небезопасно: воздух, насыщенный его испарениями или пыльцой, может вызвать отек верхних дыхательных путей.
Как избавиться от борщевика
От борщевика попытались отказаться, но было уже поздно. Этот, как уже стало ясно, сорняк не давал расти другим растениям и захватывал все новые территории.
В 70-х годах прошлого века он выбрался с полей на придорожные полосы, в 80-е оккупировал огороды, в 90-е начал появляться в городах. В наше время борщевик занимает от 20 до 40% сельскохозяйственных угодий РФ.
С наглым захватчиком борются. Его скашивают, поливают химикатами, сжигают, перепахивают почву, пытаются вытеснить другими «энергичными» растениями… Но пока игра идет, в лучшем случае, вничью. Аграрии обратились за помощью к ученым.
Чем полезен борщевик Сосновского
На просьбу откликнулись специалисты нескольких научных центров. Помимо усовершенствованных способов уничтожения борщевика (типа высокочастотной электромагнитной стерилизации семян и корневищ) ученые предложили несколько способов использования.
В Институте проблем химической физики РАН разработали метод получения из борщевика дешевой целлюлозы. Из высушенных стеблей сорняка можно получить до 35% беленой качественной целлюлозы – что гораздо дешевле, чем получать ее из древесины. Но есть сложности со сбором борщевика, «вымахивающего» до трехметровой высоты, его высушиванием, складированием и доставкой к месту переработки.
В Институте комплексного освоения недр предлагают «гнать» из борщевика спиртовой экстракт. Он по мнению ученых, значительно облегчит процесс извлечения золота из руды.
Ученые МГСУ (Московский государственный строительный университет) считают, что из борщевика можно делать хороший древесный наполнитель для стройматериалов и добавки в гипсовую смесь. Причем, в отличие от предыдущих идей, это предложение уже запатентовано и используется некоторыми строительными компаниями.
Народные умельцы тоже заинтересовались идеей полезного применения борщевика. Так, если дать ему поэтическое название «северный бамбук», из стеблей борщевика можно делать сувенирные изделия типа калейдоскопов и продавать в разные страны мира.
Но самое необычное, интересное и, возможно, самое перспективное использование борщевика придумали ученые двух ведущих научных центров России – МГУ им. М.В. Ломоносова и Сколковского института науки и технологий (Сколтех).
Батарейки из борщевика…
…точнее сказать, аккумуляторы для «зеленой энергетики» там, где они должны быть большими по размеру, – вот в чем идея полезного его использования. Для аккумуляторов традиционно используется литий. Однако этот металл добывается далеко не везде, цены на него неуклонно растут, а производство – весьма вредное для окружающей среды.
Альтернативой служат натриево-ионные батареи (натрий дешевле и доступнее), но и здесь есть свои сложности. Всякая батарея, как известно, имеет два электрических полюса: положительный (анод) и отрицательный (катод).
Для эффективного накопления электрической энергии анод в натриевых батареях должен быть из особо качественного твердого углерода с целым набором необходимых свойств.
Годится лишь та форма углерода, которая даже при сильном нагреве не превращается в графит; лишь та кристаллическая решетка, которая способна цикл за циклом внедрять в себя ионы натрия и высвобождать их обратно, сама по себе оставаясь неизменной.
К тому же такой углерод должен быть дешев и прост в получении и, что не менее важно с точки зрения экологии, в утилизации.
В статье, опубликованной в 2022 году в журнале «Batteries», ученые рассказали об экспериментах с борщевиком: «Здорово было бы одновременно избавиться от этого сорняка и получить что-то полезное взамен. Твердый углерод, который используется в анодах натрий-ионных аккумуляторов, можно производить из любой биомассы, но вот борщевик никто еще не пробовал. А оказалось, что он подходит».
Одним из главных показателей эффективности батареи является так называемая «кулоновская эффективность». Чем выше этот показатель, тем меньше потери энергии при эксплуатации, и тем дольше прослужит батарея.
Углерод из борщевика, изготовленный учеными из МГУ и Сколтеха, показал кулоновскую эффективность 87%. Это намного выше эффективности углерода, полученного из других материалов.
Исследователи описали также три возможных способа получения такого высококачественного углерода. В первом случае борщевик «поджарили» в бескислородной атмосфере при температуре 1300 градусов; во втором – тоже поджарили, но промыв предварительно в кислотах для удаления различных примесей.
Ареал распространения борщевика Сосновского
В третьем случае борщевик сварили в воде в герметично закрытой емкости, что позволило получить углеродсодержащие «шарики» очень малого размера.
Последний способ имеет преимущество для производства маленьких батареек – типа тех, которые есть в наших наручных часах; но в тех случаях, когда важен не размер, а мощность и энергоемкость, более предпочтителен второй способ.
Вымоченный в кислотах и хорошо «прожаренный» борщевик даст именно тот углерод, который нужен в аккумуляторах промышленных масштабов.
«Спрос на перезаряжаемые аккумуляторы будет расти. Если говорить о стационарных батареях, применяемых в промышленности или для выравнивания колебаний при генерации энергии солнечными батареями и ветряками, то натрий-ионная технология выглядит очень перспективно. Такие батареи будут значительно дешевле литий-ионных, и, хотя по массе и габаритам они будут проигрывать, это не всегда важно – зависит от применения»,
– подвел итог один из авторов статьи в «Batteries» профессор А.М. Абакумов, руководитель Центра энергетических технологий Сколтеха.
