Új Szó - Vasárnap, 1981. január-június (14. évfolyam, 1-25. szám)
1981-02-15 / 6. szám
TUDOMÄNYP n ■ ; TECHNIKA TANULJUNK MÁS ÉLŐLÉNYEKTŐL Az ember tudása, a tudomány eredményei - elsősorban az utóbbi néhány évtizedben - olyan sok vívmánnyal gazdagították a társadalmat, tették könnyebbé, kényelmesebbé életünket, hogy az ember hajlamos a túlzott önelégültségre, elbizakodottságra. De ha arra gondolunk, hogy a növények és például a mikroorganizmusok sok olyan feladatot meg tudnak oldani, amire mi képtelenek vagyunk, vagy csak óriási energia, költséges üzemek felhasználásával tudunk más élőlényeket ,,utánozni", büszkeségünk gyorsan csökken. E rövid cikk keretében két olyan gazdaságilag is jelentős problémára irányítjuk az olvasó figyelmét, melyek végleges technikai megoldásokhoz a nálunk alacso- nyabbrendü élőlényektől kell még jelentős mértékben tanulnunk. A legolcsóbb energiaforrás: a napsugár Az ember legősibb és egyben a legegyszerűbb energia-felhasználási tevékenysége az volt, amikor a tűzgyújtás módját megismerve száraz fát, vagy más hasonló anyagot elégetett, és annak füzénél főzött, sütött, melegedett. Bár vannak adatok arra, hogy a földgázt és a kőolajat egyes helyeken évszázadok óta ismerték és használták, az ilyen energiahordozók tervszerű kiaknázása és felhasználása csak kereken száz éve vette kezdetét. Az ásványi szén alkalmazása ennél kissé régebbi, mintegy két-három évszázados. Végső fokon minden élőlény, valamint az ezekből (növényekből és állatokból) létrejött energiahordozók a Nap energiájának köszönhetik létüket: mindezeket „konzervált" napsugárnak, más formában jelentkező napenergiának tekinthetjük. A Nap sugárzása a Föld felszínének minden négyzetméterére percenként kereken 8 kilojoule (a régebben érvényes egységben: kb. 2 kilokalória) energiát szállít, amely a Nap valódi energiasugárzásának csak elenyésző töredéke. Még ez az érték is azonban roppant nagy mennyiségű energiát képvisel. Ha ezt közvetlenül fel tudnánk használni, az emberiség egész energiaigényét könnyen és többszörösen ki tudnánk elégíteni. A ma ismert, és például az űrhajózásnál, a kísérleti áramtermelésnél használt napelemek azonban jelenleg olyan költségesek, hogy megfelelő technikai megoldást általános használatban még nem jelentenek. A növények életműködéseik során igen eredményesen hasznosítják a napenergiát: azt szénhidrátok és más szerves anyagok formájában tartósítják. Példaként említjük, hogy az 1 hektáron termelt búza 0,4 billió joule energiát képvisel. A jövő korszerű energia- gazdálkodásában tehát tanulnunk kell a növényektől, ha a legolcsóbb és gyakorlatilag kimeríthetetlen energiaforrást: a Napot kívánjuk kihasználni. Bár elég sok részletkérdés még tisztázásra vár, azt már elég régen tudjuk, hogy a növények növekedését és a fényenergia megkötését biztosító fotoszintézis során a fényenergia hatására a víz hasítása, az ún. fotolízis megy végbe, bár meg kell jegyeznünk hogy a víz fotolízise ibolyántúli fény hatására következik be, melyet a klorofill nem nyel el. A folyamat eredményeképpen elemi hidrogén és oxigén keletkezik. A hidrogént könnyen el lehet égetni és a folyamat a jelentős energiatermelés lehetőségén kívül még azzal az előnnyel is jár, hogy a kiindulási nyersanyagot, a vizet visszakapjuk és közben semmiféle környezetszennyező anyag nem keletkezik. A nap energiája fotoszintéziskor a zöld levélfesték segítségével megkötődik. A fotolízísnél keletkező hidrogén a széndioxid megkötésénél használódik el. Ezekhez a folyamatokhoz erélyes redukálószerekre,’ az elektronok átvitelét biztosító vegyületekre van szükség. Ezt a szerepet részben egy vastartalmú fehérje, a ferredoxin tölti be, de hasonlóan fontos szerepet tulajdoníthatunk a hidroge- náz nevű enzimnek is. Ha az energianyerés első technikai kivitelezésénél megoldásként arra gondolunk, hogy a víz fényenergiával történő hasítását a növényből származó anyagok, köztük a két említett vegyület segítségével hajtjuk végre, hallatlanul nehéz problémával találjuk magunkat szemben. A növényekben kiválóan működő anyagok a mesterséges rendszerben az oxidációra igen érzékenyek. A vízhasítás közben keletkező oxigén hatására ugyanis — hacsak nem gondoskodunk annak azonnali elvezetéséről, illetőleg kémiai hatástalanításáról, az egész folyamat tönkremegy. A további eredményes munka ’ előfeltétele ezért az, hogy a reakciót két, egymástól elszigetelt fázisban hajtsuk végre. Az előbb említett, a folyamat további menetére káros oxigén viszont más szempontból nagyon hasznos, így célszerű 321 elkülönítve összegyűjteni. A vízhasítás technikai megvalósításán világszerte sok kutatócsoport dolgozott, és ma is dolgozik. A kutatómunka első fázisában világszerte növényekből (például spenótból) kinyert, klorofill-tartalmú sejt-frakciókkal végezték a kísérleteket és a tapasztalat szerint az ilyen rendszer napsugárzás hatására hosszabb-rövidebb ideig képes volt hidrogén termelésére. Egyrészt a folyamat hatásossága, másrészt annak hatékony időtartama azonban olyan csekély volt, hogy az első tapasztalatok alapján iparilag is jelentős előállítást nem lehetett megvalósítani. Ennek oka pedig elsődlegesen a már említett oxigénérzékenység: a kulcsfontosságú szerepet játszó, izolált ve- gyületek aránylag rövid idő alatt tönkremennek. A helyzet megoldására az egyik lehetőség, hogy a növényekben is szerepet játszó, alapvető vegyüle- tek stabilitását valamilyen alkalmas módszerrel biztosítsuk, vagy pedig ezeket az anyagokat olyan vegyületekkel helyettesítsük, amelyek hasonló szerep betöltésére tartósan alkalmasak. Mindkét területen történt fejlődés az elmúlt néhány évben. Az előbbi megoldást szolgálja az a törekvés, hogy nem maga- sabbrendű növényekből, hanem algákból, vagy baktériumokból indulnak ki, mert ezek a szervezetek olyan kulcsvegyületekkel rendelkeznek, amelyek sokkal kevésbé érzékenyek az oxidációra. A korábban említett hidrogenáz enzim szempontjából például egy baktériumból, az Alcaligenes nevű mikroorganizmusból izolált hidrogenáz enzim oxigénelnyelő anyagok távollétében is képes kellő meny- nyiségű hidrogén fejlesztésére. A második irányú megoldás keretében sikerrel próbálkoztak a ru- ténium nevű elem vegyületeivel, amelyek a folyamat végrehajtásában jelentős szerepet játszhatnak. Az ily módon elért biztató fejlődés ellenére sem látszik a tartós technikai megoldás nagyon közelinek: ehhez még sok kutatásra, szellemi erőfeszítésre van szükség. Fehérjét a levegőből Az élőlények életében kétségkívül legfontosabb szerepet játszó vegyületek, „az élet hordozói" a fehérjék. A fehérjék olyan bonyolult összetételű óriásmolekulák, amelyeket aminosavak építenek fel. Az aminosavak és rajtuk keresztül a fehérjék egyik építőeleme a nitrogén, amelyet az aminosavak előállítására közvetlenül alkalmas élőlények, (a növények) nitrogénvegyületekből, kémiailag kötött nitrogénforrásból nyernek. Az elemi nitrogén kémiailag az egyik legpasszívabb anyag, így megkötése, vegyületté való átalakítása sem könnyű feladat. A mezőgazdaság és a vegyipar által igényelt nagy mennyiségű nitrogénvegyület alapját lényegében az alábbi szintézis szolgáltatja: N2 + H2 2 NH3 E folyamatot hajtják végre a különböző országok nitrogénmüveikben, de az átalakuláshoz mindenütt több száz Celzius-fok hőmérsékletre, több tízmillió pascal nyomásra, katalizátorra, költséges berendezésekre, végső fokon óriási mennyiségű energiára van szükség. A fenti eljárás kétségkívül jelentős előnye, hogy szinte kimeríthetetlen nyersanyagforrásként áll rendelkezésünkre a levegő, melynek négyötöd része elemi nitrogénból áll. A legnagyobb probléma azonban az, hogy néhány mikroorganizmus kivételével egyetlen élőlény sem képes a levegőben lévő elemi nitrogén megkötésére, közvetlen felhasználására. Ezek a mikroorganizmusok vagy önálló, talaj lakó élőlények, vagy néhány gazdanövénnyel „közös háztartásban“, szimbiózisban élő szervezetek, amelynek a növény által adott létfontosságú vegyületekért cserébe kémiailag kötött nitrogént adnak. Az ilyen mikroorganizmusok azért képesek a levegő nitrogénjének közvetlen hasznosítására, mert elő tudnak állítani egy olyan enzimet - ezt nitrogenáznak nevezetek, amelyek a növény által átalakítását végzi. Az emberiség táplálkozása szempontjából legfontosabb gazdasági növényeink - búza, kukorica, rizs - a levegő nitrogénjének megkötésére nem képesek, azok nitiogénszükségle- tét a vegyi gyárakban előállított nitrogéntartalmú műtrágyákkal tudjuk kielégíteni. Az utóbbi néhány évben világszerte felfigyeltek arra, hogy a nitrogéntartalmú műtrágyák széles körű felhasználása következtében jelentősen nő a természetes vizek nitráttartalma és ez különösen nagy környezetszennyezési veszélyt jelent. Ha ezt úgy akarjuk elkerülni, .hogy közben a növekvő létszámú emberiség táplálásához szükséges nagy terméshozamokról sem akarunk lemondani, nagyon komolyan kell foglalkoznunk a nitrogénmegkötő mikroorganizmusok tevékenységének eredményes utánzásával. Ha a nitrogenáz enzim szintézisének képességét például génsebészeti úton át tudnánk vinni a legfontosabb mezőgazdasági növényeinkre, ez hallatlanul nagy jelentőségű lenne, be az sem megvetendő eredmény, ha a nitrogén megkötésére alkalmas mikroorganizmusok tevékenységét biokémiai úton erősítjük, fokozzuk. Befejezésül még csak annyit, hogy mindkét probléma megoldásán, vagyis a fotolízis ipari megvalósítása, valamint a nitrogénmegkötés területén, kutató közösségeink rendelkeznek már olyan eredményekkel, amelyek a sikeres megoldás reményével biztatnak. Dr. PAIS ISTVÁN, DrSc. Dr. SIMON LÁSZLÓ, CSc. A Zbraslav nad Vltavou-i Erdő- és Vadgazdasági Kutatóintézet Plzen-Bolevec-i „Sofronka“ arborétumában kiváló eredményeket érnek el az erdei fenyő nemesítésében. Ehhez ötven fenyöfajjal és mintegy háromszáz összehasonlító telepítvénnyel rendelkeznek, az utóbbiból 122 a Szovjetunióból, főleg a szibériai területekről származik. A választékban szép számmal szerepelnek távoli országokban és más világrészeken honos fajok, például dél-európai feketefenyő, gyantafenyök Észak-Amerikából, valamint különböző japán és kínai fenyőfajok. A fajok keresztezésével a kutatóintézet dolgozói a fahozam növelésére törekednek. A felvételen Jarmila Kaná- ková laboráns a cukorfenyő (Pinus Lambertiana) terméséből gyűjti össze a magvakat. Tápláló gilisztaliszt A földi gilisztából készült liszt fehérjetakarmányként a jó minőségű halliszttel hasonlítható össze. A Német Szövetségi Köztársaság Braunschweig-Völkenro- de-i mezőgazdasági kutatóintézetének munkatársai jutottak erre a megállapításra az Eisenia foetida gilisztafajt vizsgálva. Ez a giliszta megfelelő tartási viszonyok között gyorsan szaporodik. Két szülő 1 grammnyi összsúllyal háT rom hónap alatt - élő súlyra számítva - 40 grammnyi utódot hozott létre (delta) Energia biomasszából Az energiaválságos világban az ember a biomasszából előállítható energiahordozókat is kezdi számba venni. Elszösorban a nagyobb országok fordulnak a megújuló energiaforrásokhoz. Üzemanyaggyártás céljából 1985-ben az Egyesült Államok kukoricából 95, Brazília cukornádból 110 millió hl alkoholt szándékozik előállítani. Franciaország 2000-ig a tűzifához is visszatér. A növények jelentős energiatartalékokat hordoznak. Amerikai, elképzelések szerint tengeri farmokon kellene magas szárú növényeket termeszteni. A farmokon a mélyebb rétegekből szivattyúznák fel az ásványi anyagokban gazdag vízrétegeket, így trágyáznák a növényeket. (Természet Világa) I A mezőgazdasági termelés fejlesztésében fontos szerepet töltenek be a szolgáltató vállalatok. Az elért eredmények és a végzett munkák terjedelme szempontjából országos viszonylatban is a legjobbak közé tartozik a Litoveli Agrokémiai Vállalat, amely az olomouci járás mezőgazdasági üzemeinek megrendelése alapján több mint 80 ezer hektáron gondoskodik a növények tápanyagellátásáról és a növényvédelemről. A meszezéshez és a műtrágyák szórásához speciális Tatra 138-as és 148-as tehergépkocsik és nagy teljesítményű trágyaszórók állnak a vállalat rendelkezésére. A trágyázást a vállalathoz tartozó területi agrolaboratórium talajelemzési eredményei alapján végzik, amely takarmány- és vetőmag- vizsgálatot is végez a mezőgazdasági vállalatok számára. A felvételen a nagy befogadóképességű műtrágyaraktár látható. (A CSTK felvételei) 1981. II. 15 ÚJ SZÚ
