Главная – Журналы – Химия в интересах устойчивого развития 2000 номер 4

23–26 ноября 1999 г. в Москве проходил международный симпозиум “Жизнь в атомном и химическом мире (химические технологии, пища и лекарства)”. В работе симпозиума приняли участие около 200 человек из России и стран СНГ. На трех секциях: “Характеристики химической и радиационной обстановки”, “Защита окружающей среды и пути снижения эффектов техногенного загрязнения” и “Продовольственные ресурсы. Питание и здоровье” – было заслушано около 40 докладов крупных ученых, в которых были даны обобщающие представления о положении дел, основных идеях, а также результатах исследований больших коллективов в разных областях науки. Рассматривались рекомендации по решению обсуждавшихся проблем.
Масштабы медико-биологических и социально-экономических последствий радиационных и химических аварий и катастроф побуждают ставить вопросы обеспечения безопасности населения, объектов экономики и окружающей природной среды в ряд важнейших научно-технических и прикладных задач современности. В настоящее время наука и медицина во всем мире оказались неготовыми к решению проблем, связанных с загрязнением окружающей среды радионуклидами и генотоксикантами.
На симпозиуме были рассмотрены комплексные проблемы – от токсикологических до философских, вопросы развития атомной промышленности, влияния ее на окружающую среду, здоровье человека и его общественное сознание.
Собрание на едином форуме специалистов различных областей знания позволило не только сформулировать важнейшие экологические проблемы, но и наметить пути их решения.
В настоящем выпуске журнала публикуются некоторые из представленных на симпозиуме докладов.

Приводится обзор состояния проблемы с загрязнением окружающей среды токсичными синтетическими органическими соединениями (ксенобиотиками). Описываются технологии биоремедиации, т. е. использования живых организмов, прежде всего микроорганизмов, для борьбы с загрязнениями окружающей среды. Эти технологии основываются как на стимуляции способности природных микроорганизмов к деградации, так и на использовании биопрепаратов высокоэффективных штаммов микро-организмов-биодеструкторов, предусматривающем их интродукцию в окружающую среду. Проводится сравнительная оценка с другими методами очистки окружающей среды от загрязнения. При рассеянном загрязнении, как в случае с пестицидами, применяемыми на громадных площадях в практике сельского хозяйства, загрязнениями нефтью и нефтепродуктами больших территорий Западной Сибири, взрывчатыми веществами, которыми загрязнены полигоны и стрельбища, альтернативы биоремедиации просто нет. Обсуждается возможность интродукции генно-инженерных модифицированных микроорганизмов в окружающую среду. Разработка теоретических основ процессов биоремедиации, самих технологий и их осуществление требуют междисциплинарного подхода и участия специалистов в области генетики и молекулярной биологии, экологии и эволюционной биологии, науки об окружающей среде, инженерных дисциплин. Однако главную роль в этом содружестве играет микробиологическая наука.

Рассматриваются новые аспекты закономерностей действия низкоинтенсивного облучения на биофизические и биохимические характеристики биообъектов и популяций. Исходя из представлений о разрыве при низкоинтенсивном облучении связи между возникновением повреждений и работой систем восстановления, описаны дозовые зависимости разных типов – от пороговых до экстремальных и кривых с плато, различающихся между собой лишь соотношением этих процессов. Особенности действия низкоинтенсивного облучения на биообъекты и популяции: изменение структуры популяции, чувствительности к действию внешних стимулов, силы связей между характеристиками регуляторных систем – позволяют считать низкоинтенсивное облучение фактором, способным вызвать непредсказуемый переход квазистационарных систем в новое стационарное состояние.

Экобиокатализ представляет собой раздел современной химической энзимологии, изучающий процессы деструкции отходов и ксенобиотиков, попадающих в окружающую среду. В статье рассмотрены основные реакции, по которым развиваются экобиокаталитические процессы, их динамические закономерности и особенности. Обсуждены два типа кинетических зависимостей изменения концентрации поллютанта во времени, понимание которых ведет к двум принципиально различным методам интенсификации процесса их деструкции. Рассмотрен феномен адаптации микроорганизмов к поллютанту на примере биоминерализации продуктов химической нейтрализации иприта и 4-аминосалициловой кислоты. Предложена компьютерная динамическая модель метаногенеза, протекающего под действием симбиотической ассоциации. Модель адекватна экспериментальным данным и позволяет предсказать динамику разложения различных веществ и их смесей. Экобиокатализ является предметом технологии, связанной как с непосредственным уничтожением (биоминерализацией) экотоксикантов, попадающих в окружающую среду, так и с созданием современных биотехнологических процессов конверсии промышленных и сельскохозяйственных отходов.

Дается анализ состояния химически опасных объектов в России. Описываются специфика химической опасности, проявляющейся в аварийном и систематическом загрязнении окружающей природной среды токсикантами, и возможные негативные последствия для страны; анализируется законотворческая и нормативно-методическая деятельность в России по проблеме химической безопасности. Выявляются недостатки научно-технического обеспечения данной проблемы. Формулируются предложения, направленные на повышение уровня химической безопасности в России.

Обсуждены результаты исследований в области катализа биологического окисления насыщенных углеводородов молекулярным кислородом и моделирования этого процесса на основе комплексов металлов. Рассмотрены перспективы применения принципов химических процессов живой природы, т. е. биомиметического подхода, к созданию фундаментальных основ экологически чистых технологий будущего.

Проведено исследование воздействия физиологически активных веществ (ФАВ) в сверхмалых дозах на состояние мембран клеток форменных элементов крови с целью изучения влияния потенциально токсичных соединений на здоровье человека. С помощью метода ЭПР исследованы структурные изменения клеточных мембран, вызываемые воздействием ряда ФАВ в диапазоне концентраций 10^–15–10^–4 М, а также изменения их ионной проницаемости и липидного состава. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии изучено воздействие ФАВ на белки эритроцитарной мембраны. Показано, что некоторые ФАВ вызывают структурные и функциональные изменения клеток крови, действуя в сверхнизких концентрациях (10^–9–10^–13 М). Результаты исследовования могут составить основу методологического подхода к обнаружению повреждающего действия малых доз ФАВ на форменные элементы крови человека и, кроме того, быть использованы для скрининг-отбора и изучения механизма действия лекарственных препаратов.

В настоящее время практически общепризнанным считается мнение, что промышленные технологии, вовлекающие в оборот значительные объемы природных ресурсов, в частности энергетика, являются источником больших экологических проблем (образование вредных отходов и токсичных выбросов при сжигании ископаемых топлив и т. д.). В настоящей работе предпринята попытка показать, что существуют такие пути решения энергетических и экологических проблем, стоящих перед человечеством, которые не только не противоречат, а, напротив, взаимно дополняют друг друга. Один из таких путей – целенаправленное использование новых технологий на основе способа газификации твердых горючих в режиме фильтрационного горения со сверхадиабатическим разогревом, который открывает широкие возможности для утилизации разного рода горючих отходов и низкосортных твердых топлив с высокой энергетической эффективностью, экологической чистотой и относительно невысокими затратами.

В настоящее время основной способ защиты окружающей среды от вредных химических выбросов заключается в их предварительной нейтрализации, т. е. превращении в экологически менее вредную форму. Однако быстро растущий объем отходов, даже подвергнутых нейтрализации, представляет серьезную опасность для окружающей среды. Природа подсказывает нам решение более высокого порядка, а именно: создание сопряженных технологий, когда отходы одного процесса использовались бы как исходный материал для другого. Именно этот подход является основой для объединения всех бесчисленных химических превращений, протекающих в живой природе, в единую глобальную безотходную технологию, в рамках которой отсутствует само понятие отходов. В данной работе рассматривается один из первых примеров этого подхода в области каталитической химии. Он связан с разработкой новых процессов окисления, основанных на уникальных окислительных свойствах оксида азота (I), образующегося в качестве отходов при производстве адипиновой кислоты.

Представлен обзор современных тенденций в разработке новых каталитических технологий для исполь- зования ядерных, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, получения механической и электрической энергии из энергии химических энергоносителей, а также для аккумулирования и использования средне- или низкопотенциальных тепловых отходов и температурных градиентов.

Рассматриваются научные основы экологически чистого уничтожения путем сжигания жидких токсичных и высокотоксичных органических отходов. Особое внимание уделено термодинамическим, кинетическим и макрокинетическим аспектам обезвреживания хлоросодержащих соединений, сформулированы научные основы их бездиоксинового уничтожения. Приводится информация о модификации энергетических установок (жидкостных ракетных двигателей и двигателей внутреннего сгорания) в химические реакторы для уничтожения токсичных органических отходов. Рассмотрено применение в качестве окислителя кислорода и воздуха. Приводятся экспериментальные результаты уничтожения токсичных отходов различных типов в химических реакторах на базе модифицированных жидкостных ракетных и дизельных двигателей.

Дана общая характеристика соединений группы диоксинов, описаны механизм и последствия их воздействия на организм, мера токсичности. Показан масштаб применения огневых методов уничтожения городских отходов, ведущих к выбросу диоксинов в окружающую среду. Проведен термодинамический анализ возможных процессов образования диоксинов при эксплуатации мусоросжигательных предприятий. Приведены доводы в пользу того, что источником атомов хлора при синтезе диоксинов является, скорее, HCl, а не Cl₂. Показано, что гомогенный синтез диоксинов из газовых продуктов сгорания невозможен. Такой синтез может осуществляться лишь при наличии в послепламенной зоне в охлаждающихся топочных газах сажевых частиц, т. е. синтез диоксинов имеет гетерогенную природу. По результатам анализа сформулирована рекомендация по вводу в эксплуатацию мусоросжигательных заводов с предварительной газификацией и последующим режимом гомогенного горения. Этот экологически прогрессивный способ заведомо экономнее, чем способ обычного сжигания с адсорбционной очисткой газов от диоксинов. Технология такого метода, опробованного на зарубежных заводах, разработана в Объединенном институте химической физики РАН.

Показана принципиальная возможность моделирования ферментативных процессов по эффективности катализа в процессах окисления газообразным кислородом с использованием простой каталитической системы [Cu²⁺…cубстрат…основание]. В отличие от традиционных систем, катализирующих, как правило, окисление органических субстратов по малоэффективному и низкоселективному радикально-цепному механизму, такая система обеспечивает каталитическое окисление субстрата по концертному нерадикальному механизму и характеризуется сверхвысокими скоростями и высокой селективностью реакций. Как и в случае ферментативных процессов, изменение условий проведения процесса (например, лигандного окружения центрального иона металла) может приводить к драматическому изменению направления реакции. На примере окисления диацетон-L-сорбозы, фторированных спиртов-теломеров общей формулы H(CF₂CF₂)_nCH₂OH (где n = 1–6) и крахмала показано, что применение такой каталитической системы позволяет создавать практически важные высокоэффективные и безотходные технологии с использованием наиболее дешевого и экологически чистого окислителя – газообразного кислорода.