Техническая конопля связывает углекислый газ лучше, чем многие сельскохозяйственные культуры, и в 3-5 раз больше, чем хвойные растения в расчете на 1 грамм массы фотосинтезирующих тканей, выяснили специалисты Уральского федерального с коллегами из Уральского государственного аграрного университетов. Как полагают ученые, техническая конопля — оптимальное для выращивания на Урале растение: неприхотливо к климату и почве, быстро растет, эффективно «запечатывает» углекислый газ и является потенциальным сырьем для множества изделий.
«Мы провели эксперимент — высадили первые растения на карбоновой ферме: пять сортов технической конопли, которая не содержит наркотических веществ. Эти сорта отобраны селекционерами и официально разрешены к выращиванию в Российской Федерации, внесены в Росреестр. С точки зрения вегетации мы начали поздновато (посадили коноплю летом, а не весной), но с точки зрения эксперимента и отработки методики — это большой задел. Кроме того, нам повезло с погодой, и к октябрю растения дошли до фазы цветения и молочной спелости. В целом за три месяца высота конопли достигла больше двух метров», — рассказывает проректор по научной работе и инновациям УрГАУ Михаил Карпухин.
Способность конопли поглощать углекислый газ из атмосферы изучили с помощью инфракрасного газоанализатора. Первые результаты обработки данных показали — техническая конопля очень хорошо запасает углекислый газ и углерод в биомассе.
«Листья конопли обладают высокой скоростью фотосинтеза — выше, чем многие сельскохозяйственные культуры — до 70-80 микромолей СО2 на 1 м2 листовой поверхности в секунду, что в 3-5 раз выше, чем хвойные древесные растения. Это более 100 литров чистого СО2, поглощенного за вегетационный сезон 1 м2 листьев. При этом на 1 м2 почвы могут произрастать растения технической конопли, которые в сумме в середине сезона сформируют листовую поверхность более 2-3 м2», — поясняет заведующая кафедрой экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Ирина Киселёва.
В процессе фотосинтеза образуется органическое вещество. Часть этого вещества — мобильные фракции: простые углеводы, аминокислоты, белки — используется в метаболизме самого растения. А часть продуктов фотосинтеза уходит на образование сложных веществ — целлюлоза, лигнин — которые не метаболизируются самим растением, а долговременно хранятся в тканях.
«Первые вещества быстро поступают в процессе дыхания растения и разлагаются с высвобождением углекислого газа, а вторые “запечатывают” углерод. Так вот, у конопли по предварительным оценкам менее 1/3 углерода выдыхается обратно и 2/3 запасается в виде трудно разлагаемых веществ», — добавляет Ирина Киселёва.
Техническая конопля — подходящее для выращивания на Урале растение, полагают специалисты. Во-первых, оно неприхотливо — адаптируется к уральским климату и почве. Во-вторых, быстро растет, дает хорошую биомассу и эффективно запасает углерод. В-третьих, на сегодня придумано более 2,5 тыс. товаров, которые можно производить из конопли.
«Биомассу конопли можно использовать для создания продуктов долговременного хранения углерода и создавать из нее самые разные вещи. Широко известно, что военную форму для армии Китая изготавливают из тканей с использованием конопляного волокна так же, как и денежные купюры. Стебли конопли традиционно используют для изготовления канатов и веревок. Их можно использовать и для создания ДСП. Также из конопли делают прессованную биомассу, которая по своим свойствам напоминает пластмассу. Из растения можно делать экологически безопасную посуду, как, к примеру, из древесного волокна или бамбука. В общем, использовать можно совершенно различным образом», — перечисляет Ирина Киселёва.
Биологи УрФУ рассматривают коноплю в качестве основы для биочара — экологичного древесного угля для обогащения почвы и выращивания сельхозкультур. Таким образом накопленный в конопле углерод можно будет долговременно запасать в почве.
«Наша цель — и для науки, и для бизнес-партнеров — отработать углеродотрицательную систему земледелия: отобрать продуктивные растения, которые эффективно поглощают углерод и заменить определенные культуры, которые не являются углеродотрицательными, — добавляет Михаил Карпухин. — Поэтому в следующем году мы планируем посадить коноплю весной. Также хотим сравнить ее с другими высокостебельными культурами: кукурузой, подсолнечником, масличным льном. Полученными нами данными поделимся с регионами со схожим климатом и почвой».
Справка
Свойства технической конопли ученые изучают в рамках проекта — карбоновый полигон «Урал-Карбон». Ученые исследуют темнохвойные, светлохвойные леса и другие природные сообщества на способность секвестрировать углерод. Для усиления процесса связывания углерода из атмосферы подбираются растения с наибольшим потенциалом. Высадка таких растений среди прочих мер поможет не только достичь углеродной нейтральности, но и продавать квоты на выбросы парниковых газов.
В феврале 2021 года Минобрнауки России запустило пилотный проект по созданию на территории регионов страны карбоновых полигонов для разработки и испытаний технологий контроля углеродного баланса. Осенью карбоновый полигон Свердловской области «Урал-Карбон» стал одним из первых запущенных в стране полигонов. Также одними из первых были созданы площадки в Чеченской Республике, Краснодарском крае, Калининградской, Новосибирской, Сахалинской и Тюменской областях.
Полигон «Урал-Карбон» представлен таежными лесами, так как лесные земли составляют 70 % территории Свердловской области, а тайга — один из наиболее значимых резервуаров стока углерода из атмосферы за счет фотосинтеза и его долговременного хранения. Площадки для исследований — Коуровская астрономическая обсерватория УрФУ и Уральский учебно-опытный лесхоз Уральского государственного лесотехнического университета. В проекте также участвуют Уральский государственный аграрный университет, Уральский государственный горный университет, Институт экологии растений и животных Уральского отделения РАН, Институт промышленной экологии УрО РАН, Институт математики и механики УрО РАН и Ботанический сад УрО РАН.
Юлия Филимонова
Пресс-секретарь ФГБОУ Уральский государственный аграрный университет
