Морская кухня: как из водорослей делают еду, косметику, стулья и топливо

Нехватка сырья, продуктов, пресной воды — в XXI веке проблемы человечества явно возвращаются на первую ступень пирамиды Маслоу. Пытаясь решить эти проблемы, ученые начали приглядываться к водорослям.

«Только представьте себе: вы летите в самолете, заправленном биотопливом из водорослей. Вы удобно устроились в кресле, сделанном из полимеров на основе ламинарии, у вас на ногах сандалии из микронизированной морской капусты, а на завтрак вам подадут шницель из «морского» мяса», — увлеченно рассказывал профессор биологии Калифорнийского университета в Сан-Диего Стивен Мэйфилд американскому Forbes. Он уже несколько лет занимается разработками материалов на основе водорослей, ведь это сравнительно дешевое, экологичное, биоразлагаемое и богатое микроэлементами сырье, из которого можно производить буквально все подряд. Если разработать соответствующие технологии. 

Почему отказались от «зеленой нефти»

Морские водоросли и микроводоросли ученые рассматривают в качестве сырья для производства биотоплива третьего поколения, которое поможет снизить загрязнение воздуха. В рамках европейского проекта MacroFuels исследователи рассчитали, что машина на таком топливе может разогнаться до 80 км/час. И, если 2,5% топлива во всей Европе будет производиться из водорослей, это создаст 15 000 рабочих мест, а для культивации водорослей потребуется всего 5000 км².

Такие разработки есть и в России. В Уральском федеральном университете создали технологию получения экологически чистого топлива — биоэтанола — с помощью пресноводных водорослей, которые в больших объемах образуются в прудах-охладителях. Ученые подчеркивают, что это поможет перейти от углеводородной к зеленой энергетике и сделать производство энергии экономичнее.

Крупнейшие нефтегазовые компании, в том числе BP, Shell, Chevron и ExxonMobil, возлагали на топливо из водорослей большие надежды: с 2000-х гг. начался бум разработок «зеленой нефти», одна только Exxon за последние 12 лет инвестировала в проект 350 млн долларов. Но это оказалось слишком сложно и дорого, и в последние годы свернули разработки низкоуглеродного биотоплива из зеленых водорослей, последней сдалась Exxon — этой весной, как узнал The Guardian, они завершили исследования.  

«Топливо из водорослевой биомассы пока еще не сможет полностью заменить ископаемое топливо ни в России, ни в мире, прежде всего по экономическим соображениям, — объясняет Алексей Соловченко, доктор биологических наук, профессор кафедры биоинженерии Биологического факультета МГУ. — Разве что если резко подорожает добыча нефти и газа, либо сбудутся давние прогнозы и доступные ископаемые энергоносители вдруг закончатся». 

Но локальные установки для переработки отходов, скажем, пищевой промышленности или агрокомплексов в биомассу, а затем в биоудобрения и биогаз, по мнению ученого, вполне перспективны.

Надежда на сине-зеленых

Фарминдустрия давно обратила внимание на водоросли — прежде всего, как на источник йода. Также из бурых водорослей получают маннит, из которого изготавливают маннитол — мочегонное средство, которое врачи применяют в послеоперационном уходе. Еще одна фармсубстанция — альгинат натрия, энтеросорбент, который подавляет патогенную микрофлору в кишечнике, также используется в составе для ранозаживляющих средств. В России производятся оба продукта.

Кроме того, группа ученых из Института биологии южных морей имени О. А. Ковалевского под руководством доктора биологических наук Александра Празукина считают, что можно научиться делать лекарства и из токсичных водорослей — по принципу: там, где яд, рядом и лекарство. Например, нитчатая водоросль кладофора — в России она живет в Черном море, у побережья Крыма, и в водоемах Дальнего Востока. Ее колонии — а размножается она чемпионскими темпами, когда в воде резко растет количество азота и фосфора, — меняют температуру воды, забирают кислород и выделяют токсины. Когда биомассы кладофоры выбрасывает штормом на берег, она разлагается, издавая гниющий запах: такие пляжи сразу закрывают, на них находиться невозможно. Для пресных водоемов такие водоросли также губительны: вода становится непригодной для питья. Если найти кладофоре полезное применение, можно одновременно помочь и природе, и людям. Эта водоросль выделяет вещества, способные защитить организм от радиации, жирные кислоты — регуляторы процессов, проходящих в человеческих клетках, и фенольные соединения — антиоксиданты и антиканцерогены, которые насыщают организм витаминами С и Е.

Большие надежды биотехнологи возлагают и на сине-зеленые водоросли (цианобактерии) — есть гипотезы, что из них можно выделять вещества с антибактериальным, противогрибковым, противовирусным эффектом, с их помощью можно бороться с паразитами и моллюсками, и даже с онкологическими опухолями. Правда, есть нюансы. Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник НИИ ФХБ имени А.Н. Белозерского МГУ Ольга Кокшарова отмечает: «Если из сине-зеленых водорослей начнут делать лекарства и биодобавки, нужно учитывать, что эти микроорганизмы могут аккумулировать тяжелые металлы из окружающей среды и выделять токсины, что может привести к неожиданным побочным явлениям, к риску для здоровья. Получается, что далеко не всякую биомассу цианобактерий из дикой природы можно будет использовать для производства лекарств».

Еда будущего

Водоросли называют суперфудом не только из-за высокого содержания йода, а есть диетологи и эндокринологи предлагают не один салат из морской капусты. Чипсы, шоколад, «кефир» с водорослями, смузи с сушеной ламинарией и фукусом (род бурых водорослей, который также называют «морской виноград») —  такие продукты содержат множество питательных веществ — полисахариды (ламинаран, альгинат, фукоидан), незаменимые аминокислоты, важные минералы (йод, калий, селен, магний, железо, цинк и др.), витамины А, С, D, E и группы В. И фактически из водорослей можно приготовить первое, второе, третье и даже «компот», то есть — хлорофилл. Из спирулины и ламинарии научились делать напиток, содержащий хлорофилл (пигмент, который дает растениям зеленый цвет) — это функциональный напиток, который помогает расщеплять жиры, улучшает обмен веществ и нормализует работу желудочно-кишечного тракта, работает как внутренний дезодорант. 

Водоросли можно рассматривать и как еще один альтернативный источник белка. По словам профессора Соловченко, уже сейчас во Франции и в Германии работают промышленные комплексы по получению пищевого белка из спирулины и хлореллы. «Пока это натуральные продукты с высокой стоимостью — биодобавки к пище, безопасные натуральные красители, функциональные продукты питания», — отмечает он. По данным ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего, водоросли смогут заменить 25% европейского потребления белка и 50% общего потребления растительного масла при выращивании на доступных землях, которые сейчас не используются для традиционных культур.

От стульев до фонарей

Водоросли могут использоваться как прочный, удобный и полностью биоразлагаемый материал. На этой технологии уже основаны многие перспективные стартапы. Так, молодая компания из Великобритании Notpla создает на основе ламинарии 100% биоразлагаемые бутылки и контейнеры для еды. А бренд Loliware производит соломинки для питья на основе морских водорослей. 

Выпускники Датской Академии искусства Джонас Эдвард и Николай Стинфат придумали стулья, лампы и другую мебель на основе измельченного фукуса. Эта водоросль содержит природный полимер, после варки он застывает и становится твердым и прочным. На основе водорослей и металла лондонский дизайнер Нир Мейри создал коллекцию освещения Marine Light. 

Еще одно свойство некоторых видов водорослей, которое заинтересовало инженеров, — способность излучать свет. Одноклеточные водоросли динофлагелляты начинают светиться при механическом воздействии — это наблюдение легло в основу разработки ученых из Калифорнийского университета. Они создали светящийся материал — основу для мягких роботов для подводных исследований (мягких роботов делают из материалов, подобных тканям живого организма).

Спасение экосистем

Водоросли даже могут всерьез помочь с глобальным изменением климата — они поглощают углекислый газ и сокращают выбросы метана в атмосферу. Так, австралийские ученые обнаружили водоросли Asparagopsis, которые можно добавлять в корм коровам, чтобы сократить выбросы метана — и рассчитали, что только это позволит на 30% замедлить изменение климата. Правда, пока неизвестно, насколько коровы будут в восторге от такого рациона. 

В России уже есть ряд «морских» разработок, которые помогут позаботиться об экосистеме. Компания «Альготек Грин Технолоджи», резидент «Сколково», разработала промышленную технологию производства суспензии хлореллы, — для бережной очистки (биоремедиации) и восстановления природных систем в закрытых водоемах. С 2010 г. в проект инвестировали $5 млн, каждый год компания растет в среднем на 32% и планирует выходить на международный рынок. Эффективность и безопасность технологии доказали более чем на 5539 водных объектах, в том числе на огромных водохранилищах, таких как Людиновское (8,7 км²). А уже в 2022 г. вышли на объем производства 1 млн литров в год — среди клиентов как рыболовные хозяйства и санатории с озерами на территории, так и просто дачники, у которых зацвел пруд на участке. Заказываешь канистру с суспензией хлореллы, выливаешь в пруд или озеро по специальной схеме, которую разработали для водоема с учетом всех его «обитателей» и других параметров, — и она за 2-4 недели восстанавливает водоем. 

Но такими успехами могут похвастаться не все компании и научные институты в России. «Конечно, пока развитие водорослевой индустрии у нас находится в зачаточном состоянии, — считает Ольга Кокшарова. — Чтобы развивать это направление, нужны энтузиасты, материальные ресурсы, специалисты альгологи, химики, биотехнологи». При этом и сами водоросли (в том числе дикие, из холодных морей), и возможности для их выращивания в России есть. Так что не исключено, что в ближайшие десятилетия стулья, одежда, еда и топливо из ламинарии станут нашей новой реальностью.