CC BY
65УДК 629.78.048
использование метана в замкнутых комплексах жизнеобеспечения космических экспедиций
© 2021 г. Железняков А.г.1, глухих С.А.2, гузенберг А.С.1, романов С.Ю.1, Юргин А.в.1, рябкин А.м.1
1Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С.П. Королёва» (РКК «Энергия») Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская обл., Российская Федерация, 141070,
e-mail: [email protected]
2ООО «Центр промышленного внедрения прикладных разработок НИИ РАН «Биоцентр-САС» (ООО «Биоцентр-САС») Мкр. В, 34/83, г. Пущино, Московская обл., Российская Федерация, 142290,
e-mail: [email protected]
В статье рассмотрено использование метана (образующегося в процессе регенерации кислорода из выделяемого космонавтами углекислого газа при его гидрировании в реакции Сабатье с последующим извлечением 61% кислорода путём электролиза образующейся воды) в ре генерационном комплексе жизнеобеспечения экипажей космических экспедиций.
Показано, что образовавшийся при реакции Сабатье метан можно использовать как для пиролиза с целью возврата образовавшегося водорода в эту реакцию для извлечения 100% кислорода из углекислого газа, так и для образования пищевого белка для космического жизнеобеспечения. Использование пиролиза метана стало возможным в связи с новыми технологиями, позволившими снизить температуру процесса до 500 - 700 °С и получить легко-удаляемый углерод. Приведены рекомендации по проектированию космических систем пиролиза метана.
Обосновано предположение о том, что существующие процессы производства белка из метана с использованием метанотрофных бактерий для народного хозяйства могут быть применены для производства пищевого белка космического рациона пищи, определён баланс замкнутой метанотрофной реакции, приведены основы расчёта и рекомендации по проектированию космических систем метанотрофного производства пищевого белка.
Создание системы производства пищевого белка из метана позволит использовать её как одну из систем обеспечения пищей на Луне и Марсе, а также в качестве резервной системы в транспортных космических экспедициях.
Ключевые слова: космические экспедиции, жизнеобеспечение космонавтов, гидрирование СО2, пиролиз метана, метанотрофные бактерии, пищевой белок.
DOI 10.33950/spacetech-2308-7625-2021-4-78-92
use of methane in closed-loop life support
SYSTEMS FOR space MISSIONS
Zheleznyakov A.G.1, Glukhikh S.A.2, Guzenberg A.S.1,
Romanov S.Yu.1, yurgin A.v.1, Ryabkin A.M.1
1S.P. Korolev Rocket and Space Corporation Energia (RSC Energia) 4A Lenin str, Korolev, Moscow region, 141070, Russian Federation, e-mail: [email protected]
2 OOO Center for Industrial Implementation of Solutions Developed by the RAS Research Institute Biocenter-SAS (OOO Biocenter-SAS) 34/83 microdistrict B, Pushchino, Moscow region, 142290, Russian Federation,
e-mail: [email protected]
The paper discusses the use of methane (generated in the process of oxygen recovery from carbon dioxide released by the crew during its hydrogenation in the Sabatier reaction, with subsequent extraction of 61% of oxygen through electrolysis of the resultant water) in a regenerative life support system for crews on space missions.
It demonstrates that the methane resulting from Sabatier reaction can be used both for pyrolysis in order to return the resulting hydrogen into this reaction so as to extract 100% of oxygen from carbon dioxide, and for producing food protein for life support in space. The use of methane pyrolysis was enabled by new technologies which allowed lowering the process temperature down to 500- 700 °C and obtaining the easy-to-remove carbon. It provides recommendations for designing space systems for methane pyrolysis.
The paper makes the case for use of the existing processes for industrial production of protein from methane using methanotrophic bacteria in the production of food protein for space food rations, determines the balance of a closed-loop methanotrophic reaction, provides calculation basis and recommendations for designing space systems for methanotrophic production of food protein.
Development of a system for food protein production from methane will enable its use as one of the systems for providing food on the Moon and Mars, as well as a backupsystem in space transportation missions.
Key words: space missions, crew life support, C02 hydration, methane pyrolysis, methanotrophic bacteria, food protein.
РОМАНОВ С.Ю. ЮРГИН A.B. РЯБКИН A.M.
ЖЕЛЕЗНЯКОВ Александр Григорьевич — кандидат технических наук, руководитель Центра РКК «Энергия», e-mail: [email protected] ZHELEZNYAKOV Alexandr Grigorievich — Candidate of Science (Engineering), Head of Center at RSC Energia, e-mail: [email protected]
ГЛУХИХ Сергей Александрович — директор ООО «Биоцентр-САС», e-mail: [email protected]
GLUKHIKH Sergey Aleksandrovich — Director of OOO Biocenter-SAS, e-mail: [email protected]
ГУЗЕНБЕРГ Аркадий Самуилович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник РКК «Энергия», e-mail: [email protected] GUZENBERG Arkady Samuilovich — Candidate of Science (Engineering), Senior research scientist at RSC Energia, e-mail: [email protected]
РОМАНОВ Сергей Юрьевич — доктор технических наук, первый заместитель генерального директора - первый заместитель главного конструктора РКК «Энергия», e-mail: [email protected]
ROMANOV Sergey Yurievich — Doctor of Science (Engineering),
First Deputy General Director — First Deputy Main Designer of RSC Energia,
e-mail: [email protected]
ЮРГИН Алексей Викторович — ведущий инженер-математик РКК «Энергия», e-mail: [email protected]
YURGIN Aleksey Viktorovich — Lead engineer-mathematician at RSC Energia, e-mail: [email protected]
РЯБКИН Александр Моисеевич — кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник РКК «Энергия»
RYABKIN Aleksandr Moiseevich — Candidate of Science (Engineering), Lead research scientist at RSC Energia
Введение
В первых полётах человека в космос использовались системы жизнеобеспечения (СЖО) на запасах веществ [1]. Такие системы, основанные на запасах воды, кислорода и поглотителей углекислого газа, неэкономичны при орбитальных космических полётах и не могут быть использованы при дальних космических миссиях в качестве основных из-за массовых и объёмных ограничений. Поэтому в настоящее время разработаны и используются на космических станциях комплексы регенерационных физико-химических систем СЖО на основе регенерации воды и кислорода из продуктов жизнедеятельности человека [1, 2]. Физико-химический реге-нерационный комплекс СЖО принципиально не может быть полностью замкнутым в настоящее время, так как отсутствует прежде всего процесс регенерации пищи. Кроме того, физико-химический регенерационный комплекс СЖО на космической станции ещё не замкнут и по кислороду, так как не решён вопрос извлечения кислорода
из выделяемого человеком углекислого газа — такие системы проходят наземные испытания.
При общем требовании максимальных ресурсов и минимальной массы оборудования космических СЖО принципиально важен анализ массового баланса и выбор на его основе регенерационного комплекса и используемых процессов регенерации для обеспечения максимальной замкнутости по составляющим массооб-менного баланса человека.
В первую очередь речь идет об извлечении кислорода из углекислого газа и о возможности использования образующегося метана при одной из перспективных технологий — реакции Сабатье, в которой извлекается 61% кислорода. Метан можно использовать как для пиролиза с целью возврата образовавшегося водорода в эту реакцию для извлечения 100% кислорода из углекислого газа, так и для образования пищевого белка для космического жизнеобеспечения.
Последнему способствует возможность получения воды непосредственно на Луне [3] и Марсе [4] и выработки
из неё необходимого дополнительного кислорода для метанотрофного биосинтеза. Кроме того, поскольку атмосфера Марса состоит из более 95% углекислого газа, то существует возможность с помощью водорода из имеющейся на Марсе воды с помощью реакции Сабатье получать большое количество метана для его дальнейшего использования (в 2011 г. марсоход NASA Curiosity с помощью российского генератора нейтронов смог обнаружить на Марсе воду) [4, 5].
Создание системы производства пищевого белка из метана позволит использовать её как одну из систем обеспечения пищей на Луне и Марсе, а также в качестве резервной системы в космических экспедициях.
массовый баланс человека
Массовый баланс основных продуктов жизнедеятельности человека в соответствии с отечественным стандартом представлен в табл. 1 (в нём не учтены микропримеси воды и атмосферы) [6].
Таблица 1
массовый баланс основных продуктов жизнедеятельности человека
Поступление, г/сут Выделение, г/сут
Питание Сухая масса 600 Фекалии Сухая масса 150
Вода 500 Вода 150
Дыхание Кислород 860 Дыхание Углекислый газ 960
Урина Вода 1 200
Приготовление пищи и питье Вода 2 000 Влага через лёгкие и кожу Конденсат атмосферной влаги 1 500
Потребление воды 2 500 Удаление воды (метаболическая 350) 2 850
Общее потребление 3 960 Общее удаление 3 960
Баланс по воде достигается за счёт выделения дополнительного количества воды, образующейся в организме человека — 350 г так называемой метаболической воды.
Общее количество кислорода, содержащееся в выдыхаемом человеком углекислом газе, составляет 700 г/чел в сутки,
что составляет 81% от кислорода, необходимого человеку для дыхания. Остальные 19% кислорода (160 г/чел в сутки) должны быть получены из выделяемой человеком воды (180 г/чел в сутки), что согласуется с балансом, так как человек выделяет в сутки 350 г метаболической («лишней») воды. Теоретически полное использование выделяемой экипажем воды оставляет запас воды 170 г/чел в сутки. Практически этот запас воды не существует, наоборот — требуются запасы воды из-за её потерь, связанных в первую очередь с неполной регенерацией воды из продуктов жизнедеятельности, поглощением влаги интерьером, одеждой и т. д.
методы извлечения кислорода из углекислого газа и образование метана
Одной из основных задач замкнутого комплекса жизнеобеспечения в настоящее время является извлечение кислорода из углекислого газа. Прямая реакция крайне невыгодна с экономической точки зрения. Полное разложение возможно только на атомарный углерод и атомарный кислород в горячей вольтовой дуге выше 6 000-7 000 °С, поэтому используется гидрирование углекислого газа в качестве промежуточной реакции.
Наиболее простым процессом регенерации кислорода из углекислого газа является реакция Сабатье, легко осуществимая за один проход газового потока. Это самый распространенный способ извлечения кислорода из углекислого газа с дальнейшим электролизом образующейся воды [1, 2].
Реакция Сабатье = СН4 + 2Н2О — является экзотермической, проводится при 260-300 °С (с использованием катализатора) с удалением метана и частично углекислого газа.
2Н2О = 2Н2 + О2 — электролиз образовавшейся воды с возвращением водорода в реакцию с углекислым газом.
В связи с потерей части водорода с метаном, углекислый газ не может быть использован полностью для получения воды с целью извлечения из неё кислорода. При отсутствии пиролиза метана реакция Сабатье позволяет использовать только 61% выделяемого человеком углекислого газа.
СО2 + 4Н2 =
Потери кислорода в этом случае составят 39% (270 г/чел в сутки) от имеющегося в углекислом газе, для получения которого необходимо 300 г/чел в сутки воды. Таким образом, при использовании процесса Сабатье для получения кислорода, необходимого человеку для дыхания (860 г/чел в сутки), требуется дополнительный электролиз воды 180 + 300 = 480 г/чел в сутки [1, 2].
С целью возврата всего водорода при использовании реакции Сабатье для извлечения всех 100% кислорода из углекислого газа была рассмотрена реакция пиролиза метана СН4 = С + 2Н2. По работам 1960-80 гг. пиролиз осуществлялся при температуре 1 030-1 100 °С и более с использованием катализатора [1, 2]. Однако при этом требовалось быстрое охлаждение, чтобы избежать промежуточных углеродных соединений, а на катализаторе и конструкции реактора образовывался трудноудаляемый углерод, в связи с этим процесс по этой реакции не был рекомендован к использованию.
Поэтому ранее для полного извлечения кислорода из углекислого газа были рассмотрены реакции гидрирования с дальнейшим электролизом образующейся воды (Фишера-Тропша и Будуара, Боша), а также высокотемпературный электролиз СО2 с получением окиси углерода и части кислорода, и реакции Будуара [1, 2]. Все эти реакции либо не осуществляются за один проход, либо проходят с образованием трудноудаляемого углерода или промежуточных углеводородов, либо с температурой более 1 000 °С, а также с сочетанием нескольких указанных факторов. В связи с этим их трудно реализовать в космической технике.
возможность использования метана на космических станциях для регенерации кислорода
Перспектива развития водородной энергетики заставила вернуться к реакции разложения метана на водород и углерод. Работы по получению водорода велись по нескольким направлениям: электролиз воды, пароводяная конверсия метана, получение водорода из природного газа, основной
компонент которого — метан. Оказалось, что с использованием соответствующих катализаторов температура пиролиза метана с получением водорода и кислорода может быть значительно снижена, а эффективность использования катализатора увеличена на порядки [7-10].
Сам процесс может быть выражен следующими уравнениями:
СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О; (1)
(2) (3)
2Н2О = 2Н2 + О2; СН4 = С + 2Н2;
2СО2 + 4Н2 = СН4 + 2Н2О + С + О2. (4)
Осуществление процесса образования волокнистого углерода в неподвижном слое приводило к заполнению свободного объёма между частицами катализатора, и, как следствие, к увеличению гидравлического сопротивления газового тракта, что делало невозможным дальнейшее осуществление процесса [7]. Были отмечены низкий выход углерода и водорода на единицу массы катализатора за период его полной дезактивации и трудность поддержания постоянной температуры в неподвижном слое катализатора.
Для того чтобы исключить эти недостатки, разложение метана осуществлялось при постоянном перемешивании катализатора в вибро- или псевдо-ожиженном слое при воздействии на него нагревателем либо высокочастотным излучением. Для получения наибольшего молекулярного соотношения водород-метан в продуктах реакции был предложен процесс получения из метана водорода и волокнистого углеродного материала путём разложения на катализаторе, содержащем никель, медь и трудновосстанавливаемые оксиды (оксиды алюминия, кремния, циркония, магния, титана или смесь этих оксидов, которые не восстанавливались в среде водорода при температурах до 1 000 °С, предотвращали спекание металлических наночастиц и сами в реакции не участвовали). В этих условиях углерод образовывался на кристаллитах медноникелевых сплавов в виде нитей, которые переплетались между собой в гранулы, обладающие сыпучестью и легко извлекаемые из реактора. Газообразные продукты
реакции — водород и непрореагировав-ший метан — удалялись из реактора [7].
Схема данной технологии представлена на рис. 1 [8].
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки разложения метана: 1 — слой катализатора; 2 — внутренний стакан; 3 — выходной патрубок; 4 — вибропривод; 5 — шток; 6 — входной патрубок; 7 — наружный стакан; 8 — нагреватель; 9 — отверстие в зону внутреннего стакана
На рис. 2 представлен внешний вид гранул нановолокнистого углеродного материала, получаемого в процессе каталитического разложения углеводородов.
Рис. 2. Внешний вид гранул нановолокнистого углеродного материала
Наилучшие результаты были получены в следующем эксперименте. В реактор 038 мм загрузили катализатор, содержащий: 63% N1, 23% Си, 14% БЮ2. С помощью вибропривода 4 катализатор привели в виброожижен-ное состояние, затем включили нагреватель 8 и довели температуру слоя катализатора до 500 °С. После этого внутрь реактора через входной патрубок 6 подавали метан, который,
проходя через слой катализатора, частично разлагался на водород и углерод нановолокнистой структуры. Вибрация осуществлялась в вертикальном направлении с амплитудой 1 мм и частотой 30 Гц. Продукты реакции разложения, представляющие собой смесь непро-реагировавших метана и водорода, выводились из реактора через выходной патрубок 3. Выход углерода на 1 г катализатора составил 253 г за время работы реактора. Было получено молекулярное соотношение водород-метан в продуктах реакции 40:1.
Дальнейшая задача стабильности работы катализатора, повышения выхода углерода и водорода и увеличения степени использования метана была ранее решена на лабораторной установке за счёт добавления оксида железа в состав используемого катализатора, содержащего никель, медь и трудно-восстанавливаемые оксиды [9, 10].
Наилучшие результаты были получены в следующем эксперименте. Катализатор, состоящий из 73% N10, 11,5% СиО, 11,5% А1(0Н)3 и 4% Ре203, полученный получасовой механохимической активацией в планетарной центробежной мельнице, в количестве 0,0029 г загружали в проточный реактор с весами Мак-Бена, нагревали в течение 30-35 мин в потоке водорода 20 л/ч до температуры 700 °С. Затем водород заменяли на метан и проводили реакцию разложения при 700 °С в течение 5 ч и расходе метана 3 л/ч, охлаждение реактора до комнатной температуры проводили потоком метана или инертного газа. Привес катализатора за счёт углерода составил 16 010% по отношению к массе восстановленного катализатора [10]. В результате образовывался нитевидный углерод в виде клубка нитей, имеющих диаметр в несколько сот ангстрем и длиной до нескольких микрон.
Таким образом, на сегодняшний день видна перспектива применения процесса прямого разложения метана на водород и углерод, так как могут быть достигнуты следующие показатели:
• температурный режим процесса, близкий к температурным режимам непрямого разложения (500-700 °С) и значительно меньше прежнего режима (> 1 000 °С);
• выход водорода >95%;
• отношение массы образующегося углерода к массе катализатора — от сотен до тысяч процентов.
Разложение метана позволяет вернуть образовавшийся водород в реакцию Сабатье вместе с водородом, образующимся при электролизе воды, и извлечь все 100% кислорода из углекислого газа (вместо 61%). Образование угля при пиролизе метана составляет 262 г/чел в сутки, для чего потребуется ~0,5-1,0 г/чел в сутки катализатора, для экипажа из четырёх-пяти человек при полёте продолжительностью 365 сут потребуется не более 3 кг (с учётом массы ёмкости). В соответствии с рис. 1, по предварительной оценке масса системы пиролиза метана для экспедиции из четырёх-пяти человек составит не более 60 кг при энергопотреблении ~200 Вт, для экипажа лунной базы из 10 человек — не более 90 кг при энергопотреблении ~350 Вт. Образовавшийся в виде гранул уголь может быть использован в системах удаления вредных примесей, а на Луне и Марсе также в качестве основы строительного материала.
В настоящее время отечественная система концентрирования углекислого газа и его переработки до метана и воды по реакции Сабатье разработана и проходит испытания. Для создания бортовой системы пиролиза образующегося метана должны быть предварительно проведены наземные НИР для выбора, в первую очередь, катализатора и режима работы.
возможность использования метана при межпланетных экспедициях и на планетных космических базах для получения пищевых продуктов
Существует возможность использования метана, образующегося при реакции Сабатье, с целью получения пищевого белка для рациона космонавтов. Как показано ниже, такие технологии существуют в виде использования метанотрофных (метан окисляющих) бактерий. Однако для производства пищевого продукта необходимо иметь дополнительное количество воды, которая в регенерационном жизнеобеспечении является основным продуктом получения кислорода.
Поскольку вода обнаружена на Луне и Марсе [3, 4], из неё может быть получен водород для замыкания реакции Сабатье с целью извлечения 100% кислорода из выделяемого космонавтами углекислого газа и получения метана и кислорода для участия в процессе получения пищевого продукта метанотрофными бактериями.
Таким образом, пищевой продукт из метана целесообразно использовать, прежде всего, на лунных/планетарных базах. Также подобная система может быть рассмотрена как дублирующая в части обеспечения пищей в комплексе жизнеобеспечения транспортных космических экспедиций с дальнейшей эксплуатацией этой системы на планетных базах с использованием лунной и марсианской воды, а также углекислого газа марсианской атмосферы [5].
Биомасса метанотрофных бактерий характеризуется высоким содержанием белка, аминокислот, витаминов и микроэлементов, что дает ей преимущества при использовании на Земле в качестве добавок для сбалансирования комбикормов, на основе которых могут быть произведены белковые продукты высокой чистоты для пищевой промышленности.
Требуется совершенствование питательных сред и применение эффективных технологических параметров процесса биосинтеза для изготовления системы обеспечения белком рационов питания экипажей в длительных межпланетных экспедициях и при колонизации других планет, а также в разработке эффективных и надёжных конструкций соответствующих аппаратов [11, 12].
Метанотрофия — не единственный процесс, который может быть применён для получения пищевого белка в космических экспедициях. Интерес представляет и вариант использования смешанной культуры из метанотроф-ных и водородокисляющих бактерий, который может быть рассмотрен в последующих публикациях.
Производство белка с использованием метанотрофных бактерий
Биопротеин (гаприн — газовый протеин) представляет собой микробиологический
белок, получаемый путём культивирования микроорганизмов на метане. Это недорогое и доступное сырьё, потребность в разработке технологии которого возникла, когда встал вопрос возможности получения альтернативных видов кормов для животноводства [13, 14]. В 1980-х гг. была создана отечественная технология получения биомассы белково-витаминного продукта [15].
По своему составу гаприн является полноценным белковым продуктом с высоким содержанием витаминов группы В (особенно В12), аминокислот и микроэлементов. Содержание белка (сырого протеина) в гаприне достигает 70-75%, по составу аминокислот он близок к молочному белку [16].
Принципиальная схема производства биопротеина представлена на рис. 3 [13].
Бактерии выращивали в больших ёмкостях-реакторах, где создавали жидкую среду, насыщенную необходимыми солями, микроэлементами, кислородом (для окислительно-восстановительных реакций и дыхания бактерий) и метаном — источником углерода и энергии для микроорганизмов. Метан — газ, плохо растворимый в воде, поэтому необходимо обеспечивать максимальный массообмен во всем объёме биореактора. Бактерии быстро размножались, заполняли биореактор, их выделяли из культуральной жидкости, инактивировали с помощью термической обработки, высушивали и из полученного порошка прессовали гранулы.
Выходящий газ собирали и запускали в новый цикл производства, либо использовали в других процессах.
В результате выделения высокопродуктивных культур метанотрофов, а также достижения успехов в разработке технологии непрерывного культивирования, стало возможным получать сравнительно высокие урожаи бактерий при таких скоростях протока, которые обеспечивают экономически приемлемую продуктивность процесса. Однако в 1990-е годы экологи добились закрытия этих заводов.
В последние годы вновь стали уделять внимание вопросу получения микробного белка на основе природного газа. В Европе, США и России в настоящее время конкурируют несколько компаний [17, 18].
В результате проведённой селекции в нашей стране получен штамм метанокисляющих бактерий М&ку1ососст сарзиЫЬт ГБС-15, который устойчив к кратковременным перепадам температуры и давления, является термотолерантным, непатогенным, не является генетически модифицированным. В результате выделения активных культур метанотрофов и достижения успехов в разработке технологии непрерывного культивирования стало возможным получать высокие урожаи бактерий (более 4-6 г биомассы/л в час) [18, 19].
Результаты современного состояния проблем производства гаприна наиболее полно и подробно рассмотрены на сайте С. А. Глухих [11]. Сайт посвящён комплексному инжинирингу биосинтеза белковых продуктов на основе использования природного метана, начиная от изучения и подбора производственных штаммов и до выделения целевых продуктов. Особое внимание уделено ферментационному процессу и его современному инженерному оформлению. При этом указывается, что полученная биомасса метанотрофных бактерий является безопасным белковым про-
природный газ;
Рис. 3. Принципиальная схема производства биопротеина: 1
2 — СО2; 3 — О2; 4 — минеральные вещества; 5 — П-образный ферментор; 6 — емкость;
7 — сепаратор; 8 — возврат воды; 9 — гомогенизатор; 10 — камера осушительная; дуктом. указано ТЭ^^Ж^
11 — циклон; 12 — биопротеин; 13 — установка сорбционного выщелачивания что при специальной
обработке биомассы метанотрофных бактерий получаемый белок может быть применён непосредственно в продуктах питания человека. С сайта был получен ряд основных проектных данных для создания космических систем, представленных ниже.
Проектирование метанотрофных систем
производства пищевого белка
для космического жизнеобеспечения
Использование биомассы метан -окисляющих бактерий напрямую в пищу в настоящее время фундаментально не исследовалось, однако было определено, что для приготовления пищевого белка биомассу гаприна необходимо гомогенизировать и удалить из неё компоненты нуклеиновых кислот. Безопасность пищевого белка, прежде всего, должна быть подтверждена дополнительными испытаниями. Необходимо проведение испытаний и для определения величины пищевой добавки в рационе человека.
Баланс метанотрофного процесса для космического жизнеобеспечения. В соответствии с данными из источника [11], при метанотрофном процессе из 2 000 л метана можно получить 1 000 г белка (гаприна), при удельной массе метана 0,71 г/л из 1 000 г метана можно получить 700 г белка. В этом количестве биомассы нуклеиновые кислоты составляют ~10%. В результате после удаления нуклеиновых кислот в современном метано-трофном процессе можно получить 630 г пищевого белка из 1 000 г метана.
Соотношение в пищевом рационе человека белков, жиров и углеводов должно быть 1:1,2:4,6. В этом случае количество пищевого белка в рационе составляет 15%. Поскольку общая сухая масса рациона космонавта составляет 600 г, то в суточном рационе космонавта, в соответствии с источником [11], пищевой белок составляет 90 г, для чего потребуется 145 г метана (то есть 41% от 350 г метана, получаемого по реакции Сабатье от одного человека в сутки ) [11].
В настоящее время открытый ме-танотрофный процесс в зависимости от штамма бактерий проводится, в основном, при температуре 30-45 °С, при атмосферном давлении 760 мм рт. ст.
(содержание кислорода 21%). При этом кислорода требуется в 2,5-4,0 раза больше, чем метана, что могло бы быть препятствием для использования этого процесса в космосе. Однако для замкнутых модулей космических станций и баз целесообразно повторное использование всех продуктов, образующихся при синтезе пищевого белка.
Массовый баланс производства биомассы, который зависит от штамма метанотрофных бактерий, рассчитан в качестве примера для культуры Methylosinus trichosporium [20] впервые для замкнутого процесса.
6,25СН4 + 7,9202 = Сз,92 Н 6,50 01,92 +
+ 2,33С02 + 9,25Н2, (5)
где С3 92Н 650 0 1 92 — упрощённая формула биомассы, или в пересчёте на молекулу метана:
СН4 + 1,2702 = С0,63 Н 1,04 00,31 +
+0,37С02 + 1,48Н20. (6)
Так как метан и кислород в космическом жизнеобеспечении получают из углекислого газа, в этом процессе необходимо добавить приведённые выше формулы (1) и (2) получения этих веществ:
С02 + 4Н2 = СН4 + 2Н20 и 2Н20 = 2Н2 + 02,
соответственно. Из реакции (6) следует, что масса кислорода, подаваемая в реакцию, в 2,5 раза больше массы метана, однако после электролиза образовавшейся в реакции (6) воды и в результате реакции углекислого газа с водородом получаем реакцию (7).
СН4 + 1,2702 = С0,63Н 1,0400,31 +
+0,37СН4 + 0,74Н2 + 1,1102. (7)
0тсюда следует, что в реакцию биомассы (6) может быть возвращено (табл. 2) 87,4% кислорода, 11% метана и в реакцию (1) — 11% водорода. Для получения дополнительного количества водорода для возврата в реакцию (1) для полного извлечения кислорода из углекислого газа (взамен водорода, отобранного с метаном) в расчёте на одного космонавта в сутки потребуется 54,4 г воды, из которой можно получить 48,4 г кислорода (5,6% от суточного потребления кислорода одним человеком — 0,86 кг).
Но при этом по реакциям (6) и (7) мы получаем значение гамма-молекулы (гм) пищевого белка, равное 13,56, и для производства 90,00 г пищевого белка для одного космонавта в сутки потребуется 106,2 г метана вместо полученных по рекомендациям 145,0 г.
Обратный расчёт по 145,0 г метана даёт возврат 87,4% кислорода, 15,3% метана в реакцию (6) и 15,3% водорода — в реакцию (7), для которого потребуется разложить 74,7 г воды, из которой можно получить 66,4 г кислорода (7,7% от суточного потребления кислорода одним человеком — 860 г). При этом гм пищевого белка составляет 9,93 для производства 90,00 г пищевого белка для одного космонавта в сутки.
Для синтеза белка было использовано 34,0 и 46,4 г кислорода, что потребует 38,2 и 52,2 г воды, соответственно.
Эти вычисления подробно представлены в табл. 2.
Таблица 2
результаты расчёта баланса метанотрофной реакции
СН4 + 1,27О2 = СО63 Н104 О0,31 + 0,37СН4 + 0,74Н2 + 1,11О2
гм 16,0 40,64 13,56 5,92 1,48 35,52
г 106,2 269,73 90,00 39,30 (11%) 9,82 (11%) 235,75 (87,4%)
гм 16,0 40,64 9,93 5,92 1,48 35,52
г 145,0 368,34 90,00 53,65 (15,3%) 13,40 (15,3%) 321,93 (87,4%)
Примечание. Отбирая 19% СН4, теряем 19% Н2 метана. В 66,5 г метана 16,62 Н2 - 9,82 = 6,80 г — это 54,4 г Н2О, из нее 48,36 г О2: 860 г = 5,6%.
Отбирая 26% СН4, теряем 26% Н2 метана. В 91 г метана 22,75 Н2 - 13,41Н2 = 9,34 г — это 74,72 г Н2О, из нее 66,42 г О2: 860 г = 7,7%.
Выбирая наибольшую величину, соответствующую 145 г метана, получаем, что общее количество дополнительной воды для пиролиза метана и для синтеза белка не должно превысить 130 г/чел в сутки. Можно ожидать, что и в выбранных для космических систем штаммах соотношение кислорода к метану будет в этих же пределах при полном использовании метана в метанотрофном процессе.
Теоретически в массовом балансе осталось 170 г неиспользованной метаболической воды (см. выше раздел массового баланса человека), в которую
укладываются указанные 130 г. Если считать эту воду в настоящее время дополнительной, то для одного космонавта в сутки понадобится запас 150 г воды (с учётом массы ёмкости). Дополнительное энергопотребление для электролиза 130 г воды составляет ~35 Вт (с учётом эксплуатации системы «Электрон В»).
Предварительные характеристики метанотрофных космических систем. Культивирование осуществляется в непрерывном хемостатном процессе, при котором свежая питательная среда (содержащая до 22 солей разных металлов в количествах, не превышающих 10-15 мг/л) из ёмкости подаётся в ферментер с постоянной скоростью, а культуральная жидкость с выросшими клетками с той же скоростью выводится из ферментера в приёмную ёмкость. Технологические параметры этого процесса для проектирования космической системы производства пищевого белка могут быть рассчитаны следующим образом [20].
Скоростью разбавления является отношение скорости протока к объёму культуры:
Б = Г/У,
(8)
где ¥ — скорость протока (скорость поступления объёма питательной среды в ферментер); V — объём культуры; Б — скорость разбавления, выражает объём питательной среды, сменяемой в ферментере за 1 ч (л/л-ч или 1/ч).
Скорость изменения концентрации биомассы в ферментере определяется суммой величин прироста биомассы и уноса клеток вытекающей культу-ральной жидкостью [20]:
дх/дг = цХ - БХ, (9)
где ц — удельная скорость роста; X — концентрация биомассы.
В условиях непрерывного культивирования мгновенный прирост биомассы (цХ) компенсируется уносом биомассы с культуральной жидкостью (БХ). Условием динамического равновесия в ферментере можно считать зависимость:
^Х - БХ = 0 или ц = Б. (10)
При равенстве величин |а и Б культура находится в равновесном состоянии: количество удаляемых из ферментера клеток соответствует
количеству вновь выросших клеток за тот же промежуток времени. Таким образом, микроорганизмы всё время находятся в постоянных условиях в отношении наличия питательных веществ и продуктов обмена.
Производительность процесса непрерывного культивирования равна про-из ведению концентрации биомассы на объём вытекающей из ферментера микробной суспензии:
Р = X Б, (11)
где Р — производительность процесса непрерывного культивирования в хемостате.
Скорость разбавления питательной среды Б, определяемая при экспериментальной отработке, задаётся заранее, и в зависимости от неё в ферментере устанавливается определённая концентрация клеток. Оптимальная скорость протока питательной ср еды/культур ал ь-ной жидкости зависит от концентрации биомассы с учётом времени генерации бактерий, за которую принята скорость удвоения биомассы.
Скорость разбавления регулируется в широком диапазоне и составляет Б = 0,25-0,45/ч (т. е. 0,25-0,45 объёма ферментера в час). Скорость удвоения биомассы метанотрофного процесса — три-четыре часа, производительность продуктивных штаммов — до 8-9 г/л ч (в зависимости от состава питательной среды, биогенных факторов роста, условий культивирования и конструкции биореактора/ферментера) [11].
Приняв скорость удвоения 4 ч и производительность 8,5 г/л ч, можно получить 50 г/л в сутки гаприна. В соответствии с этими данными, при нормативе 90 г белка/чел в сутки для экипажа четыре-пять человек (дальняя космическая экспедиция) потребуется до 450 г пищевого белка в сутки, и понадобится 10-литровый ферментер (экспериментальные данные при оптимальном хемостатном режиме ферментации подтверждают получение белка 500-800 г/сут). Для экипажа 8-10 человек (лунная база) потребуется до 900 г белка в сутки и 20-литровый ферментер.
По предварительной оценке, масса системы для космической экспедиции на четыре-пять человек (см. рис. 3) не превысит 80-90 кг при энергопотреблении 400-500 Вт, ориентировочная масса
системы для лунной базы с экипажем 10 человек не превысит 120 кг при энергопотреблении не более 800 Вт.
Сама пневмогидросхема производства гаприна в настоящее время значительно усложнилась, часть процессов вынесена из ферментера на пред-ферментационную стадию, применено предварительное растворение газов, из ферментера удалены все элементы механического перемешивания и др. Разработка технологии применения композиционных биостимуляторов позволяет увеличить объём биомассы в среднем на 20% без дополнительных затрат в части оборудования и энергозатрат [21].
Конструктивное оформление процесса культивирования метанокисляющих бактерий усложнено вследствие взрыво-опасности смесей метан-воздух или метан-кислород. Взрывобезопасность обеспечивается отсутствием газовой фазы — газы должны быть растворены в жидкой питательной среде и культу-ральной жидкости. Для обеспечения взрывобезопасности предусмотрено предварительное раздельное (1-й этап) растворение газов с понижением температуры питательной среды ещё до ферментера.
Требуются экспериментальное определение оптимальных концентраций и скорости протока «питательная среда культуральная жидкость», дополнительные исследования для определения пневмогидросхемы, состава, массы и энергопотребления системы для обеспечения нескольких человек пищевым белком, после чего необходимо провести испытания экспериментальной системы в условиях невесомости.
При полученных предварительных массоэнергетических характеристиках систем и приведённых выше балансовых расчётах по реакциям (1-11) о дополнительных ~ 130 г воды на одного космонавта в сутки обе системы — производства пищевого белка и пиролиза метана (для извлечения 100% кислорода из углекислого газа вместо 61% при реакции Сабатье) — могут работать одновременно, в частности, при транспортных космических экспедициях (предварительные массовые и энергетические характеристики этих систем такого же порядка, как и у действующих бортовых систем).
0собенностью эксплуатации в качестве резервной системы производства белка при транспортных экспедициях является возможность спасения экипажа при длительном нерасчётном пребывании на орбите, так как почти все необходимые человеку продукты регенерируются из продуктов его выделения.
Перспективным можно считать основное назначение системы получения пищевого белка из метана — масштабирование подобной системы для лунной и марсианской баз с большим количеством космонавтов.
заключение
1. Рассмотрено использование метана, образующегося в процессе регенерации кислорода из выделяемого человеком углекислого газа в регене-рационном комплексе жизнеобеспечения экипажей космических экспедиций. Показано, что при гидрировании углекислого газа с использованием реакции Сабатье как одной из наиболее эффективных, образовавшийся метан можно применять для пиролиза и для образования пищевого белка.
2. Пиролиз метана даст возможность возвратить образующийся в этой реакции водород вместе с водородом от электролиза воды в реакцию гидрирования углекислого газа, что позволит извлекать из углекислого газа 100% кислорода вместо 61% кислорода из образовавшейся при реакции Сабатье воды. Использование пиролиза метана стало возможным в связи с новыми технологиями, позволившими снизить температуру процесса до 500-700 °С и получить отношение массы образующегося легкоудаляемого углерода к массе катализатора от сотен до тысяч процентов. 0бразо-вавшийся в виде гранул уголь может быть использован в системах удаления вредных примесей, а на Луне и Марсе также в качестве основы строительного материала. Для создания бортовой системы пиролиза метана должны быть предварительно проведены наземные научно-исследовательские работы (НИР) для выбора катализатора и режима работы.
3. Показано, что существующие процессы производства белка из метана с использованием метанотрофных
бактерий могут быть применены для производства пищевого белка для космических рационов пищи после дополнительной очистки. Приведены основы расчёта, предварительные технические характеристики и рекомендации по проектированию метано-трофных космических систем по производству пищевого белка. Для создания систем должны быть предварительно проведены наземные НИР для подтверждения безопасности пищевого белка, для определения пневмогидро-схемы, состава, массы и энергопотребления систем, после чего необходимо провести испытания экспериментальной системы в условиях невесомости.
4. Впервые проведены балансовые расчёты по использованию метанотроф-ного процесса производства пищевого белка в рационах питания космонавтов для транспортных космических экспедиций, лунных и марсианских баз, определено количество пищевого белка, количество метана и кислорода для его производства, количество воды (~130 г) для получения кислорода и водорода для одновременного производства пищевого белка, и получения 100% кислорода из углекислого газа, выделяемого человеком, для обеспечения суточной потребности одного космонавта. 0пределена возможность одновременной работы на борту космического объекта обеих систем — как системы разложения метана, так и системы производства пищевого белка.
5. Создание бортовой системы с использованием метанотрофных бактерий позволит её использовать как одну из систем обеспечения пищей на Луне и Марсе и в качестве резервной системы в транспортных космических экспедициях. Этому способствует возможность получения воды непосредственно на Луне и Марсе и извлечения из неё необходимого дополнительного кислорода для метанотрофного биосинтеза. Поскольку атмосфера Марса состоит на ~95% из углекислого газа, существует возможность с помощью водорода из имеющейся на Марсе воды получать путём реакции Сабатье большое количество метана. Таким образом, представленные системы могут быть масштабированы для большого количества космонавтов.
Список литературы
1. Гузенберг А.С., Железняков А.Г., Романов С.Ю., Телегин А.А., Юргин А.В. Выбор комплекса жизнеобеспечения для экипажей долговременных космических станций // Космическая техника и технологии. 2015. № 1(8). С. 67-80.
2. Романов С.Ю., Гузенберг А.С., Рябкин А.М. Концепция комплекса систем жизнеобеспечения экипажей межпланетных экспедиций // Космическая техника и технологии. 2017. № 3(18). C. 80-97.
3. Гилл В. НАСА обнаружило воду на Луне. BBC News. Русская служба. Режим доступа: https://www.bbc.com/ russian/news-54697197 (дата обращения 30.08.2021 г.).
4. Умнов И. Марсоход Кьюриосити нашёл воду на Марсе // Астрономия и космонавтика сегодня. Режим доступа: https://starmission.ru/mars/marsoxod-kyuriositi-nashel-vodu-na-marse.html (дата обращения 30.09.2013 г.).
5. Заболоцкий М. Общие сведения об атмосфере Марса. Режим доступа: https://spacegid.com/obshhie-svedeniya-ob-atmosfere-marsa.html (дата обращения 30.08.2021 г.).
6. ГОСТ Р 50804-95. Среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате. Общие медико-технические требования. М.: Госстандарт России, 1995. 118 с.
7. Патент RU 2064889 С1. Способ получения водорода и углеродного материала. Авдеева Л.Б., Гончарова О.В., Кувшинов Г.Г., Лихолобов В.А., Пар-мон В.Н.; патентообладатель — Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН; заявка и приоритет от 11.02.1993 г., опубликовано 10.08.1996 г.
8. Патент RU 2312059 C1. Способ получения водорода и нановолокни-стого углерода. Соловьев Е.А., Кувшинов Д.Г., Ермаков Д.Ю., Кувшинов Г.Г.; патентообладатели — Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН, Новосибирский государственный технический университет; заявка и приоритет от 03.04.2006 г.; опубликовано 10.12.2007 г.
9. Патент RU 2096083 C1. Металл-углеродный катализатор. Молчанов В.В., Чесноков В.В., Буянов Р.А., Зайцева Н.А.; патентообладатель — Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН; заявка и приоритет от 10.05.1994 г.; опубликовано 20.11.1997 г.
10. Патент RU 2116829 C1. Катализатор и способ получения углерода и водорода из метана. Чесноков В.В., Буянов Р.А., Молчанов В.В. патентообладатель — Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН; заявка и приоритет от 12.03.1997 г., опубликовано 08.10.1998 г.
11. Глухих С.А. Коммерциализация научных разработок в биотехнологии. Режим доступа: https://sergeyglukhikh. jimdofree.com/ (дата обращения 30.08.2021 г.).
12. Производство белка из мета-нотрофных бактерий // Электронный журнал IDK. Эксперт. Режим доступа: https://exp.idk.ru/news/russia/proizvodstvo-belka-iz-metanotrofnykh-bakterij/488258/ (дата обращения 30.08.2021 г.).
13. Компания «Метаприн». Режим доступа: http://www.metaprin.ru/ (дата обращения 30.08.2021 г.).
14. Форум Протеин Тек. Режим доступа: http://proteintek.org/ (дата обращения 30.08.2021 г.).
15. Мосичев М.С., Складнее А.А., Котов В.Б. Производство белковых продуктов из природного газа. Кормовые белковые продукты. / В кн.: Общая технология микробиологических производств. М.: Лёгкая и пищевая промышленность, 1982. Режим доступа: https://www.spec-kniga.ru/tehnohimicheski-kontrol/obshchaya-tekhnologiya-mikrobiologicheskih-proizvodstv/ (дата обращения 10.09.2021 г.).
16. Компания Unibio. Режим доступа: https://www.unibio.dk/ (дата обращения 30.08.2021 г.).
17. Ann Koh. Новости Блумберг. Режим доступа: https://www.bloomberg.com/news/ articles/2017-09-26/landfill-gas-for-dinner-scientists-are-cooking-food-from-waste?mc_ cid=96e4904291&mc_eid=8dab52a6b3 (дата обращения 30.08.2021 г.).
18. Российская технология производства биопротеина из природного газа. ООО «ГИПРОБИОСИНТЕЗ». Режим доступа: https://www.gibios.ru (дата обращения 30.08.2021 г.).
19. Патент RU 2613365 C1. Штамм метанокисляющих бактерий Methylococcus capsulatus ГБС-15 для получения микробной белковой массы. Бабурченко-ва О.А., Бабусенко Е.С., Градова Н.Б., Лалова М.В., Сафонов А.И., Тухватул-лин И.А.; патентообладатель — ООО «Гипробиосинтез»; заявка от 07.04.2016 г., опубликовано 16.03.2017 г.
20. Мшенский Ю.Н. 0сновные закономерности роста метанотрофных бактерий. Автореферат диссертации к. б. н. Институт биохимии и физиологии микроорганизмов АН СССР. Пущино-на-0ке. 1979. 30 с.
21. Глухих С.А. Интенсификация биотехнологических производств. СПб: Супер Издательство, 2020. 284 с. Статья поступила в редакцию 30.03.2021 г. Окончательный вариант — 03.06.2021 г.
Reference
1. Guzenberg A.S., Zheleznyakov A.G., Romanov S.Yu., Telegin A.A., Yurgin A.V. Vybor kompleksa zhizneobespecheniya dlya ekipazhei dolgovremennykh kosmicheskikh stantsii [Selecting life support system for the crews of long duration space stations]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2015, no. 1(8), pp. 67-80.
2. Romanov S.Yu., Guzenberg A.S., Ryabkin A.M. Kontseptsiya kompleksa sistem zhizneobespecheniya ekipazhei mezhplanetnykh ekspeditsii [Crew life support system concept for interplanetary missions]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2017, no. 3(18), pp. 80-97.
3. Gill V. NASA obnaruzhilo vodu na Lune. BBC News. Russkaya sluzhba [NASA discovered water on the moon. BBC News. Russian service]. Available at: https://www.bbc.com/russian/news-54697197 (accessed 30.08.2021).
4. Umnov I. Marsokhod K'yuriositi nashel vodu na Marse [The Curiosity Mars rover found water on Mars]. Astronomiya i kosmonavtika segodnya. Available at: https://starmission.ru/mars/marsoxod-kyuriositi-nashel-vodu-na-marse.html (accessed 30.09.2013).
5. Zabolotskii M. Obshchie svedeniya ob atmosfere Marsa [Background information on Mars atmosphere]. Available at: https://spacegid.com/obshhie-svedeniya-ob-atmosfere-marsa.html (accessed30.08.2021).
6. GOST R 50804-95. Sreda obitaniya kosmonavta v pilotiruemom kosmicheskom apparate. Obshchie mediko-tekhnicheskie trebovaniya [Environment conditions of a cosmonaut in a manned spacecraft. General medical and technical requirements]. Moscow, Gosstandart Rossiipubl., 1995. 118p.
7. Patent RU 2064889 S1. Sposob polucheniya vodoroda i uglerodnogo materiala [Method for producing hydrogen and carbon material]. Avdeeva L.B., Goncharova O.V., Kuvshinov G.G., Likholobov V.A., Parmon V.N.; the patent owner — Institut kataliza im. G.K. Boreskova SO RAN; application and priority of 11.02.1993, published 10.08.1996.
8. Patent RU 2312059 C1. Sposob polucheniya vodoroda i nanovoloknistogo ugleroda [Method for producing hydrogen and nanofibrous carbon]. Solov'ev E.A., Kuvshinov D.G., Ermakov D. Yu., Kuvshinov G.G.; the patent owner —Institut kataliza im. G.K. Boreskova SO RAN, Novosibirskii gosudarstvennyi tekhnicheskii universitet; application and priority of 03.04.2006; published 10.12.2007.
9. Patent RU 2096083 C1. Metalluglerodnyi katalizator [Metal carbon catalyst]. Molchanov V.V., Chesnokov V.V., Buyanov R.A., Zaitseva N.A.; the patent owner — Institut kataliza im. G.K. Boreskova SO RAN; application and priority of 10.05.1994; published 20.11.1997.
10. Patent RU 2116829 C1. Katalizator i sposob polucheniya ugleroda i vodoroda iz metana [Catalyst and method of producing carbon and hydrogen from methane]. Chesnokov V.V., Buyanov R.A., Molchanov V.V., the patent owner — Institut kataliza im. G.K. Boreskova SO RAN; application and priority of 12.03.1997, published 08.10.1998.
11. Glukhikh S.A. Kommertsializatsiya nauchnykh razrabotok v biotekhnologii [Commercialization of scientific developments in biotechnology]. Available at: https://sergeyglukhikh.jimdofree.com/ (accessed 30.08.2021).
12. Proizvodstvo belka iz metanotrofnykh bakterii [Protein production from methanotrophic bacteria]. Elektronnyi zhurnal IDK. Ekspert. Available at: https://exp.idk.ru/news/russia/proizvodstvo-belka-iz-metanotrofnykh-bakterij/488258/ (accessed 30.08.2021).
13. Company Metaprin. Available at: http://www.metaprin.ru/ (accessed 30.08.2021).
14. Forum Protein Tek. Available at: http://proteintek.org/ (accessed 30.08.2021).
15. Mosichev M.S., Skladnev A.A., Kotov V.B. Proizvodstvo belkovykh produktov iz prirodnogo gaza. Kormovye belkovye produkty. V kn.: Obshchaya tekhnologiya mikrobiologicheskikh proizvodstv [Production of protein products from natural gas. Protein fodder products. In the book: General technology of microbiological production]. Moscow, Legkaya i pishchevaya promyshlennost' publ., 1982. Available at: https://www.spec-kniga.ru/tehnohimicheski-kontrol/obshchaya-tekhnologiya-mikrobiologicheskih-proizvodstv/ (accessed 10.09.2021).
16. Company Unibio. Available at: https://www.unibio.dk/ (accessed 30.08.2021).
17. Ann Koh. Blumberg News. Available at: https://www.bloomberg.com/news/articles/2017-09-26/ landfill-gas-for-dinner-scientists-are-cooking-food-from-waste ?mc_cid=96e4904291 &mc_eid=8dab52a6b3 (accessed 30.08.2021).
18. Rossiiskaya tekhnologiya proizvodstva bioproteina iz prirodnogo gaza. OOO «GIPROBIOSINTEZ» [Russian technology of producing bioprotein from natural gas. ООО GIPROBIOSINTEZ]. Available at: https://www.gibios.ru (accessed 30.08.2021).
19. Patent RU 2613365 C1. Shtamm metanokislyayushchikh bakterii Methylococcus capsulatus GBS-15 dlya polucheniya mikrobnoi belkovoi massy [Strain of methane-oxidizing bacteria Methylococcus capsulatus GBS-15 for obtaining a microbial protein mass]. Baburchenkova O.A., Babusenko E.S., Gradova N.B., Lalova M.V., Safonov A.I., Tukhvatullin I.A.; the patent owner — OOO «Giprobiosintez»; application of 07.04.2016., published 16.03.2017.
20. Mshenskii Yu.N. Osnovnye zakonomernosti rosta metanotrofnykh bakterii. Avtoreferat dissertatsii k. b. n. [The main regularities of growth of methanotrophic bacteria. Abstract of thesis]. Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms of the AN SSSR. Pushchino-na-Oke, 1979, 30 p.
21. Glukhikh S.A. Intensifikatsiya biotekhnologicheskikh proizvodstv [Intensification of biotechnological industries]. Saint-Petersburg, Super Izdatel'stvopubl., 2020. 284p.
