Как вид, мы, вероятно, пили пиво с тех пор, как у нас было сельское хозяйство. Ферментированные напитки, такие как пиво и медовуха, могли быть более безопасной альтернативой загрязненным источникам воды для древних людей. Тысячи лет спустя доступ к чистой питьевой воде по-прежнему вызывает озабоченность во всем мире, и решением снова может стать пиво.
Патриция Стататоу, научный сотрудник Центра битов и атомов (CBA) Массачусетского технологического института, вместе с Кристосом Афанасиу, постдоком из Университета Брауна и приглашенным научным сотрудником Массачусетского технологического института, изучили роль отработанных дрожжей от брожения пива и обнаружили, что они исключительно хорошо вытягивают свинец из загрязненной воды. Их выводы были опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.
Сегодня водоочистные сооружения используют ряд стратегий для извлечения тяжелых металлов, таких как свинец, из воды. Эти методы хороши для фильтрации высоких концентраций, но дают убывающую отдачу по мере того, как концентрации становятся ниже. Это представляет собой проблему, поскольку свинец может быть вредным даже при концентрации в несколько частей на миллиард. Исследователи обнаружили, что использованные пивные дрожжи могут эффективно удалять свинец, если просто добавлять их в источник загрязненной воды.
«Скажем, у вас есть стакан воды, вы просто бросаете туда дрожжевые клетки – и всё. Они остаются на дне и привлекают все тяжелые металлы», рассказал Кристос Афанасиу.
Исследователи использовали обычные пекарские дрожжи, которые применяются для домашней выпечки и пивоварения. Производители пива в Соединенных Штатах ежегодно используют дрожжи тоннами, оставляя побочный продукт, нуждающийся в утилизации. Исследователи считают, что его можно использовать для обеззараживания воды, решая проблему общественного здравоохранения, а также используя выбрасываемый в настоящее время биологический ресурс.
«Когда вы производите пиво, после нескольких циклов брожения дрожжи перестают работать, и у пивоваренных компаний появляется биомасса, которую они хотят утилизировать. Можно взять ее, немного обработать, помыв и высушив, потом можно пролить загрязненной водой. За пять минут или меньше вы можете очистить воду даже от следовых количеств тяжелых металлов», рассказала Патриция Стататоу.
Интересно, что дрожжевые клетки находятся в неактивном состоянии, когда они используются, что означает отсутствие метаболических процессов, связанных со связыванием свинца. На самом деле ученые специально хотели, чтобы дрожжи были метаболически неактивными, чтобы свести к минимуму любые осложнения от введения их в источник воды. Хотя точные механизмы работы до конца не изучены, похоже, что заряженные ионы свинца прилипают к клеточной стенке дрожжевых клеток. Затем дрожжи можно удалить из воды, а с ними и свинец.
На практике этот процесс, скорее всего, будет использоваться в сочетании с существующими технологиями. Текущие процессы могут снизить концентрацию свинца до частей на миллиард, а затем дрожжи можно будет использовать в качестве усовершенствованной обработки для удаления любых оставшихся следовых количеств.
«Мы сосредоточились на следовых концентрациях, потому что это реальная проблема. Это сферы, где обычные технологии неэффективны и требуют много энергии или ресурсов. Наши дрожжи смогли поглощать до 12 миллиграммов свинца на грамм биомассы, не достигая насыщения. Плато пока нет», рассказала Патриция Стататоу.
В настоящее время у ученых есть доказательство концепции, которая показывает, что дрожжи могут выполнять работу по удалению свинца из воды. Заглядывая вперед, они работают над несколькими улучшениями процесса, которые могут перенести его не только в систему очистки воды, но и в дома. Вероятно, это важный шаг, поскольку свинец может попасть в воду из труб на месте конечного пользователя, даже если он был предварительно очищен на очистных сооружениях.
«Идея в том, что мы пытаемся создать структуры для поддержки дрожжей и действовать как фильтр. Это ближайший следующий шаг, если мы хотим двигаться к рынку», сказал Афанасиу.
Это может означать изолированный фильтр для воды или приспособление, подключенное непосредственно к крану, которое удаляет свинец из воды в последний момент перед тем, как вы ее выпьете. Ученые также работают над процессами отделения тяжелых металлов от дрожжей, чтобы можно было повторно использовать и металлы, и дрожжи. Поскольку процесс связывания неактивен, удаление свинца из дрожжей означает, что его можно повторно ввести в воду и начать процесс фильтрации заново.
Зная, что побочные продукты пива будут использоваться для очистки питьевой воды, мы почувствуем себя немного лучше, выпивая еще по одной в конце ночи с пятницы на субботу.
