Статья посвящается 80-летию известного ученого, основателя экологического направления в СПбПУ Петра Великого, д.т.н., академику РАН, профессору Федорову Михаилу Петровичу.
В статье рассматривается вклад Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) в развитие исследований в области экологии и природопользования. Приводится исторический обзор становления экологического направления в университете, начиная с создания кафедры экологических основ природопользования в 1988 году и развития специализации «Инженерная экология и охрана природы». Описаны ключевые научные проекты, направленные на утилизацию промышленных отходов, повышение энергоэффективности, развитие биоэнергетики и внедрение технологий по снижению воздействия на окружающую среду.
Отдельное внимание уделено исследованию биотехнологий на основе микроводорослей, включая их применение для очистки сточных вод, утилизации углекислого газа и получения биогаза. Рассмотрены совместные инициативы СПбПУ с органами, такими как государственными Комитет по природопользованию Санкт-Петербурга, а также участие в международных проектах по устойчивому управлению отходами и снижению экологических рисков. Представленные в статье данные демонстрируют значительный вклад СПбПУ в решение глобальных экологических проблем, развитие экономики замкнутого цикла и создание устойчивых технологий, что подтверждается результатами фундаментальных и прикладных исследований, реализованных в рамках грантовых программ и государственных заказов.
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) на протяжении многих лет является ведущим многопрофильным научно-образовательным центром, внутри которого разрабатываются инновационные технические решения и проводятся передовые исследования в самых разных областях науки и техники.
Важное место среди научных приоритетов университета занимают природопользование. Это экология и обусловлено растущей необходимостью решения глобальных экологических проблем и создания устойчивых технологий, направленных на достижение целей устойчивого развития.
Современные экологические вызовы, связанные с изменением климата, истощением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды, требуют системного подхода и научно обоснованных решений. В последние десятилетия эти проблемы приобрели особую значимость, что привело к активному развитию концепции устойчивого развития и экономики замкнутого цикла. Однако фундаментальные исследования, посвященные взаимодействию общества и природы, начались задолго до появления современных концепций. Существенный вклад в развитие экологического мышления внес академик В.И. Вернадский, который в своих трудах сформулировал основы учения о ноосфере и биосфере, подчеркивая значимость науки в формировании экологически сбалансированной системы.
В Санкт-Петербургском политехническом университете исследования в области экологии и природопользования ведутся уже несколько десятилетий. Научные коллективы СПбПУ активно занимаются подходов к разработкой утилизации новых промышленных отходов, снижению выбросов вредных веществ, повышению энергоэффективности и внедрению технологий, минимизирующих воздействие на окружающую среду. Дальнейшее рассмотрение истории и достижений СПбПУ в области экологии позволяет выделить ключевые научные проекты и направления,
реализованные учеными университета.
Основоположником направления экологии и биоэнергетики в СПбПУ является первый ректор Михаил Петрович Федоров.
Д.т.н., академик РАН Фёдоров Михаил Петрович 
Д.т.н., профессор Елистратов Виктор Васильевич
Старший преподаватель Молодцов Дмитрий Владиславович 
К.т.н., доцент Чусов Александр Николаевич
Важным этапом институционализации экологических исследований в СПбПУ стало создание в 1988 году кафедры экологических основ природопользования (ЭОП) на базе Гидротехнического факультета Ленинградского политехнического института (ныне СПбПУ).
Инициатива профессора М.П. Федорова, реализованная в Концепции рамках экологического заложила основу государственной образования, системной подготовки специалистов в области природопользования. Уже к 1990 году, в ответ на растущий спрос на компетентных экологов, кафедра внедрила специализацию «Инженерная экология и охрана природы», а к 1995 году стала одним из первых вузов страны, начавших готовить инженеров экологов по специальности «Инженерная защита окружающей среды». Параллельно с этим с 1998 года студенты получили возможность проходить международный курс «Охрана и использование водных ресурсов» на английском языке в рамках сотрудничества с Балтийским университетом, что подчеркивало ориентацию на глобальные экологические стандарты.
Динамика урбанизации Санкт-Петербурга потребовала новых подходов к городскому планированию. За годы работы кафедра выпустила более 1000 специалистов, а ее образовательные модули по основам экологии стали обязательными для студентов всех факультетов. Научная деятельность коллектива также получила признание: под руководством сотрудников кафедры защищено 68 кандидатских и 19 докторских диссертаций, посвященных актуальным проблемам природопользования. Эти достижения не только укрепили позиции СПбПУ как центра экологического образования, но и способствовали формированию кадрового потенциала для реализации масштабных проектов в области охраны окружающей среды как в Санкт-Петербурге, так и за его пределами.
Важным этапом стало создание в 2006 году межфакультетского научно-образовательного центра «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе» под руководством профессора В.В. Елистратова [1].
Центр объединил исследования в области биоэнергетики, водородных технологий и использования возобновляемых ресурсов. Основными целями центра являются развитие направлений использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и создание научной экосистемы для студентов и организаций, занимающихся вопросами ВИЭ.
К.т.н., доцент Андрианова Мария Юрьевна 
Д.т.н., профессор Молодкина Людмила Михайловна
Д.т.н., профессор Масликов Владимир Иванович 
Д.т.н, профессор Политаева Наталья Анатольевна
Дальнейшие разработки в рамках направления экологии и природопользования были сосредоточены в области биоинженерии и биоэнергетики. Так, с 2008 года под руководством М.П. Федорова был реализован проект «Получение, очистка и использование биогаза, биометана, биоводорода», являющийся частью федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы» по госконтракту с Федеральным агентством по науке и инновациям [2]. Проект был направлен на уменьшение выброса свалочного биометана и загрязнений урбанизированных территорий, в частности активирующих планетарный парниковый эффект. Совместно с учеными СПбПУ В.И. Масликовым, А.Н. Чусовым и Д.В. Молодцовым в 2009–2010 годах М.П. Федоров разработал уникальную научную установку (УНУ), позволяющую моделировать все стадии процесса от получения биогаза из органосодержащих отходов с дальнейшей его конверсией в водород до работы топливного элемента [3, 4].
С 2011-го по 2013 год под руководством М.П. Федорова научным коллективом СПбПУ, в состав которого входили такие ученые, как А.Н. Чусов, Л.М. Молодкина, М.Ю. Андрианова, был создан комплекс технологических и технических средств (КТТС) для очистки высокотоксичных жидких отходов. Комплекс предназначен для глубокой очистки отходов, содержащих органические и минеральные примеси, с целью предотвращения экологических катастроф. Он работает по модульному принципу, включающему аэрацию, флотацию, микрофильтрацию и фотохимическое окисление. Разработанный комплекс был применен на полигоне Красный Бор под Санкт Петербургом.
Помимо описанных выше технологий и решений, ученые СПбПУ активно сотрудничают с Комитетом по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Правительства Санкт-Петербурга. Начиная с 2000 года научными коллективами под руководством академика М.П. Федорова совместно с Комитетом по природопользованию были выполнены следующие научные проекты и НИОКР:
• создание комплекса технологических и технических средств (КТТС) для очистки высокотоксичных жидких отходов на полигоне Красный Бор под Санкт-Петербургом;
• исследование процессов сжигания осадков сточных вод и илов с добавками органических отходов на заводе сжигания осадков ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга»;
• геохимические исследования влияния свалок и полигонов ТКО, а также промышленных отходов на окружающую среду в крупных городах;
• анализ и оценка критических антропогенных нагрузок на лесопарковые территории в городских агломерациях;
• разработка методологии и методики оценки состояния почв урбанизированных и индустриальных территорий Санкт-Петербурга;
• разработка правил эксплуатации гидротехнических сооружений, находящихся на территории Санкт-Петербурга.
В дальнейшем командой ученых были реализованы и другие учебно-лабораторные и экспериментальные комплексы, направленные на изучение процесса выделения метана при сбраживании органической фракции отходов и дальнейшее его использование в энергетическом секторе [5, 6], что говорит о высокой степени научной заинтересованности в решении вопроса безопасного и рационального размещения твердых коммунальных отходов.
Разработанные М.П. Федоровым установки и комплексы были использованы сотрудниками СПбПУ, в частности В.И. Масликовым и др., для решения задач в области повышения биогазового потенциала полигонов ТКО, а также оценки риска загрязнения выбросами от полигонов [9, 10].
В 2018 году В.И. Масликовым и др. была создана экспериментальная установка для оценки биогазового потенциала органических отходов, оснащенная современным оборудованием, позволяющим унифицировать лабораторный эксперимент [11].
Вопросы энергетического использования и создания экономически выгодной замкнутой технологии использования отходов в дальнейшем разрабатывались В.В. Кораблевым и Н.А. Чусовым. В научных работах «Энергетическое использование свалочного биогаза, направленное на улучшение экологического состояния окружающей среды» [7], а также «Usage of hydrogen-containing fuel received from biogas for autonomous power supply in housing» [8] были изучены особенности использование водородсодержащего топлива, получаемого из свалочного биогаза.
При непосредственной координации Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Правительства Санкт-Петербурга учеными Политехнического университета были выполнены стратегически значимые для города международные проекты:
1. LIFE 02 TCY/ROS/039. Разработка плана природоохранных мероприятий при обращении с муниципальными (бытовыми) отходами в Санкт Петербурге.
2. NISMIST. FP6-2003-INCO-Russian NIS-1. Управление экологическим риском от полигонов твердых отходов.
3. Inco Copernicus. ICA-CT-2000-10040. Предобработка и безопасное размещение ТБО и ОСВ для защиты окружающей среды.
4. South-East Finland – Russia. Neighbourhood Programme. Использование промышленных отходов в дорожном строительстве.
5. TACIS. Устойчивое управление береговыми зонами на примере Приморска.
6. Создание компьютерных информационных баз данных при обращении ТКО и логических схем перемещения ТКО в крупных мегаполисах.
Помимо прочего, под чутким руководством и наставничеством А.Н. Чусова в университете начали осуществляться проекты с использованием биомассы микроводорослей в различных целях. Так, совместно с Н.А. Политаевой и др. стала возможной реализация технологий по использованию микроводорослей для очистки водных сточных вод, повышения биогазового потенциала отходов, а также поглощения углекислого газа из атмосферы [12, 13].
В 2019 году в рамках ФЦП «Разработка и внедрение инновационных переработки биотехнологий микроводорослей Chlorella sorokiniana и ряски Lemna minor» (УИП RFMEFI58717X0038) была создана Научно исследовательская лаборатория (НИЛ) «Промышленная экология», руководителем которой является В Н.А. Политаева [14]. 2020 году Н.А. Политаева и соавторы зарегистрировали патент на метод получения биогаза с использованием биомассы ряски для повышения содержания метана [15]. Также были опубликованы исследования, посвященные увеличению биогазового потенциала органических отходов с применением биомассы [16–18]. Под руководством Н.А. Политаевой продолжились работы по получению биогаза и его преобразованию в биоводород [19]. Кроме того, были инициированы новые исследования, включая декарбонизацию выбросов с помощью микроводорослей [20–24], производство биоводорода [25] и биодизеля [26] из их биомассы.
Очистка газовых выбросов от CO2 с использованием микроводорослей получила государственную поддержку в рамках гранта Российского научного фонда (соглашение №24 17-20004). Биологическая фиксация CO2 через фотосинтез традиционно осуществляется наземными растениями, однако их эффективность ограничена (3–6% CO2 ) из-за медленного роста. Водоросли и цианобактерии, напротив, способны поглощать углекислый газ в 10–50 раз быстрее, что делает их перспективными для промышленного использования. Промышленные отходящие газы с содержанием до 15% CO2 могут служить стабильным источником углерода для культивирования микроводорослей, способных не только поглощать CO2 , но и выделять кислород, способствуя улучшению экологической обстановки.
В настоящее время Н.А. Политаева совместно с молодыми учеными (К.А. Вельможина, П.С. Шинкевич, А.М. Опарина, Н.В. Зибарев) активно внедряют принципы циркулярной экономики в биоэнергетику, разрабатывая замкнутые безотходные технологии переработки биомассы микроводорослей для экологически безопасных энергетических решений. Эти технологии направлены на комплексное использование микроводорослей для поглощения углекислого газа, очистки сточных вод и последующей переработки биомассы в биогаз и биоудобрения, что позволяет создать устойчивые модели экологически чистого производства.
Одним из новых направлений деятельности Н.А. Политаевой является исследование методов противодействия развитию сине зеленых водорослей и оценка эффективности их применения на водных объектах Санкт Петербурга. В рамках этих исследований проводится комплексный анализ различных методов регулирования «цветения» воды, включая биологические, химические и инженерные методы, с целью минимизации негативного воздействия цианобактерий на экосистемы и улучшения качества водных ресурсов.
Исследования охватывают два района Санкт-Петербурга – парк Сосновка и Московский парк Победы. В этих водоемах анализируются физико-химические параметры воды, уровень эвтрофикации, видовой состав фитопланктона, а также оценивается эффективность применяемых методов борьбы с цветением. Полученные данные позволят разработать научно обоснованные рекомендации по предотвращению и снижению негативных последствий массового развития синезеленых водорослей, что поспособствует улучшению экологического состояния водных объектов города.
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) в течение многих лет остается одним из ведущих научных центров, где активно развиваются исследования в области экологии и природопользования. На протяжении десятилетий университет создавал инновационные технологические направленные на снижение решения, негативного антропогенного воздействия на окружающую среду, повышение эффективности использования природных ресурсов и разработку устойчивых методов утилизации отходов.
Значительный вклад в развитие экологического направления внесли научные коллективы СПбПУ, реализовавшие крупные исследовательские проекты в области биоэнергетики, очистки сточных вод, утилизации твердых коммунальных отходов, декарбонизации промышленных выбросов и других приоритетных экологических направлений. Одним из ключевых достижений стало применение биотехнологий, таких как использование микроводорослей для очистки водных объектов и поглощения углекислого газа, что открывает перспективы для интеграции данных решений в промышленную экологию.
Активное с взаимодействие государственными промышленными университета структурами, предприятиями и международными организациями позволило реализовать стратегически важные проекты, направленные на улучшение экологического состояния Санкт-Петербурга и других регионов. Внедрение принципов циркулярной экономики, разработка новых технологий переработки отходов и совершенствование методов управления природными ресурсами подтверждают приверженность СПбПУ идеям устойчивого развития.
Таким образом, проведенные исследования и достигнутые результаты свидетельствуют о высокой компетентности научных коллективов СПбПУ в решении актуальных экологических проблем. Дальнейшее развитие экологических исследований и технологий в университете будет способствовать формированию экологически ориентированной экономики, обеспечению устойчивого развития и созданию инновационных решений для охраны окружающей среды.
Источники
1. Научно-образовательный центр «Возобновляемые виды энергии и установки на их основе». URL: https://ice.spbstu.ru/department/ nauchno_obrazovatelnyy_centr_vozobnovlyaemye_ vidy_energii_i_ustanovki_na_ih_osnove/ (дата обращения: 27.01.2025).
2. Коммерческое использование свалочного газа / Материалы межд. сем. 28–29 мая 2007. – М.: Крокус Экспо, 2007.
3. Федоров М.П., Масликов В.И., Чусов А.Н., Молодцов Д.В. Экспериментальный комплекс по производству водорода из органосодержащих отходов для применения в топливных элементах // Глобальная энергия. – 2011. – №4 (135). – C. 35–41.
4. Fedorov M., Maslikov V., Korablev V., Politaeva N., Chusov A., Molodtsov D. Production of Biohydrogen from Organ-Containing Waste for Use in Fuel Cells // Energies. – 2022. – №15.
5. Федоров М.П., Кораблев В.В., Масликов В.И., Иокша Е.О. «Углеродные» инвестиции в энергетическое использование полигонов ТБО // Экология и жизнь: научно-популярный и образовательный журнал. – 2008. №4 (77). – С. 16–22.
6. Федоров М.П., Зубкова М.Ю., Кораблев В.В., Масликов В.И., Молодцов Д.В., Чусов А.Н., Теруков Е.И., Окунев А.Г., Лысиков А.И. Разработка и создание экспериментального комплекса по оптимизации конверторных процессов получения водорода из биогазов органосодержащих отходов // Физические проблемы водородной энергетики: Тезисы докладов шестой российской конференции, Санкт-Петербург, 22–24 ноября 2010 года. – Санкт-Петербург: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования профессионального «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет». – 2010. – С. 197–198.
7. Кораблев Энергетическое биогаза, В.В., Лемешева использование А.В. свалочного направленное на улучшение экологического состояния окружающей среды // Экономика, экология и общество России в 21-м столетии: сборник научных трудов 19-й Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 15–16 мая 2017 года. – Санкт-Петербург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2017. – С. 384–386.
8. Zubkova M., Korablev V., Maslikov V., Molodtsov D., Chusov A. Usage of hydrogen-containing fuel received from biogas for autonomous power supply in housing // Innovative materials, Structures and Technologies: International Conference (Riga, November 8, 2013). Book of Abstracts, Riga, 08 ноября 2013 года. – Riga: RTU Press. – 2013. – С. 54.
9. Масликов В.И., Чусов А.Н., Негуляева Е.Ю., Черемисин А.В., Молодцов Д.В. Лабораторные исследования разложения отходов в биореакторах для оценки биогазового потенциала и выбора мероприятий по рекультивации полигонов ТБО // Глобальная энергия. – 2020. – №2-2(147). – С. 229–235.
10. Масликов В.И., Чусов А.Н., Черемисин А.В., Рыжакова М.Г. Оценка геоэкологического риска загрязнения атмосферы выбросами полигонов ТБО для выбора мероприятий по рекультивации // Глобальная энергия. – 2012. – №2-1(147). – С. 239–243.
11. Maslikov V., Korablev V., Molodtsov D., Chusov A., Badenko V., Ryzhakova M. Organization of Organic Waste Samples Tests for Biogas Potential Assessment // Cham: Springer. – 2019. – №2. – С. 440–448.
12. Zhazhkov V.V., Chusov A.N., Politaeva N.A. Study and assessment of the composition of biogas at a solid municipal waste landfill and recommendations for its use // Ecology and Industry of Russia. – 2021. – Vol. 25, No. 5. – Pр. 4–9.
13. Zibarev N.V., Zhazhkov V.V., Andrianova M.Yu., Politaeva N.A., Chusov A.N., Maslikov V.I. Integrated use of microalgae in wastewater treatment and food industry waste processing // Ecology and Industry of Russia. – 2021. – V. 25, No. 11. – Pр. 18–23.
14. Научно-исследовательская лаборатория «Промышленная экология». URL: https://ice. spbstu.ru/department/nauchno_issledovatelskaya_ laboratoriya_promyshlennaya_ekologiya/ (дата обращения: 25.01.2025).
15. Патент №2714815 Российская Федерация, МПК B01D 53/62 (2006.01). Способ получения биогаза: №2019124500: заявл. 01.08.2019: опубл. 19.02.2020 / Политаева Н.А., Смятская Ю.А., Атаманюк И.; заявитель ФГАОУ ВО «СПбПУ». – 6 с.: ил. – Текст: непосредственный.
16. Политаева Н.А., Вельможина К.А., Шинкевич П.С., Бондаренко К.А., Ефремова С.Ю. Утилизация высших водных растений с целью получения биогаза // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего. – 2024. – Т. 13, №1(65). – С. 119–126.
17. Мещерякова К.А., Политаева Н.А., Опарина А.М., Зибарев Н.В. Мировые тенденции в области получения энергии из биомассы // Неделя науки ИСИ: Сборник материалов Всероссийской конференции, Санкт-Петербург, 03–09 апреля 2023 года / Печатается по решению Совета по издательской деятельности Ученого совета Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. – Часть 1. – Санкт-Петербург: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2023. – С. 251–253.
18. Жажков В.В., Политаева Н.А., Чусов А.Н., Масликов В.И. Интенсификация процессов получения биогаза при использовании добавки из микроводорослей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. – 2020. – №4(40). – С. 41–53.
19. Жажков В.В., Политаева Н.А., Вельможина К.А., Шинкевич П.С., Норов Б.Х. Получение биогаза из органических отходов на полигонах путем анаэробного сбраживания и дальнейшее его преобразование в биоводород // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2023. – №11. – С. 99–113.
20. Politaeva N., Ilin I., Velmozhina K., Shinkevich P. Carbon Dioxide Utilization Using Chlorella Microalgae // Environments. – 2023. – №10.
21. Патент №2797838 Российская Федерация, МПК B01D 53/62, B01D 53/84. Способ утилизации углекислого газа с применением микроводоросли рода Chlorella: №2022119015: заявл. 12.07.2022: опубл. 08.06.2023 / Политаева Н.А., Жажков В.В., Зибарев Н.В., Вельможина К.А., Шинкевич П.С.; заявитель ФГАОУ ВО «СПбПУ». – 12 с.: 4 ил. – Текст: непосредственный.
22. Шинкевич П.С., Политаева Н.А. Применение микроводорослей в CCU технологиях // Рациональное использование природных ресурсов и переработка техногенного сырья: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, химия и биотехнология: Сборник докладов Международной научной конференции, Алушта–Белгород, 05–09 июня 2023 года. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2023. – С. 329–334.
23. Косолапов О.Ю., Сергеев О.Е., Политаева Н.А. Моделирование процессов снижения СО2 в помещении с использованием микроводорослей // Неделя науки ИСИ: сборник материалов Всероссийской конференции, Санкт-Петербург, 04–10 апреля 2022 года. – Часть 1. – Санкт Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. – С. 345–347.
24. Косолапов О.Ю., Сергеев О.Е., Политаева Н.А. Использование микроводорослей для улучшения качества воздушной среды помещения // Неделя науки ИСИ: сборник материалов Всероссийской конференции, Санкт-Петербург, 04–10 апреля 2022 года. – Часть 1. – Санкт Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. – С. 339–341.
25. Вельможина К.А., Политаева Н.А., Ильин И.В., Шинкевич П.С. Обзор современных стратегий развития водородной биоэнергетики как ключевых направлений для достижения целей устойчивого развития // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). – 2024. – №02 (419). – С. 55–78.
26. Зибарев Н.В., Политаева Н.А., Опарина А.М. Переэтерификация биомассы микроводорослей для производства биодизельного топлива // Рациональное использование природных ресурсов и переработка техногенного сырья: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, химия и биотехнология: Сборник докладов Международной научной конференции, Алушта–Белгород, 05–09 июня 2023 года. – Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2023. – С. 290–294.
