С незапамятных времен человечество пользовалось для своих нужд биологическими силами природы — жизнедеятельностью бактерий. Эти микроскопические образования живой материи, участвуя в процессах брожения, всегда помогали человеку в приготовлении печеного хлеба, плодового и хлебного вина, уксуса, водки, простокваши, квашеных овощей и пр. Люди долго не знали, что на них работают невидимые друзья-помощники. Роль и значение бактерий в медицине и технике были выяснены не так давно благодаря работам французского ученого Луи Пастера и других исследователей.
Что же мы знаем о бактериях?
Под бактериями подразумевают микроскопические одноклеточные растительные организмы, размеры коих не превышают тысячных долей миллиметра. Многие бактерии движутся посредством жгутиков или ресничек. Форма бактерий очень различна: шаровидная (микрококки), палочкообразная (бациллы), спирально-согнутые (спириллы) и т. п.
Для развития и жизни бактерий нужны: вода, некоторые соли и источники углерода и азота. Лучшая температура для развития бактерий 25—30° Ц. Размножение бактерий идет невероятно быстро. За 24 часа, при благоприятных условиях, одна бактерия, дав целый ряд последовательных поколений, может вызвать появление нескольких миллионов бактерий.
При непрерывном размножении одной бактерии ее потомство заполнило бы все наши океаны в 4½ дня. Каждая бактерия в своей жизнедеятельности вызывает выделение или образование тех или иных продуктов. Многие из них применяются в технике, например, углекислота, водород, болотный газ (метан), спирт, эфиры, кислоты (уксусная, виннокаменная, молочная, лимонная и т. д.), минеральные вещества (азотисто и азотно-кислые соли, сера, железо и др.), а некоторые бактерии дают тепло и свет.
Прежде всего, нас интересуют бактерии, выделяющие горячие газы, вроде метана и др. Воспользовашись этим свойством бактерий, французы Камлет и Артигале построили газовый завод, который работал посредством бактерий. Устройство такого завода очень просто и состоит в следующем. В земле выкапывают большую яму, наполняемую гниющим навозом и покрываемую сверху опрокинутым деревянным ящиком, осмоленным внутри. Газы скопляются в ящике, трубка проводит их через очиститель с известью для поглощения угольной кислоты, и в результате получается светильный газ, горящий как открытым пламенем, так и в калильных колпачках.
Камлет и Артигале утверждают, что, при больших запасах навоза на фермах, его достаточно для освещения фермы своим светильным газом. Но этого мало. Имея в достаточном количестве светильный газ, можно им воспользоваться и для небольших газовых двигателей. Устройство такой бактериальной газосиловой установки (рис. 1) также включает в себе наполняемую гниющим навозом яму (1) с опрокинутым над ней деревянным просмоленным ящиком-газособирателем (2). Газ по трубе (3) проходит в очистители (4) и оттуда в карбуризатор (5), где обогащается парами бензина. Последнего расходуется весьма немного. Далее газ подводится к обыкновенному газовому двигателю (6) небольшой мощности.
Не менее интересны бактерии, развивающие своими жизненными процессами заметные количества тепловой энергии. По распространенности и быстроте размножений особенно известна "сенная" бактерия, быстро развивающаяся в свежескошенном сене, смоченном дождем и сложенном в большие стоги. При этом происходит интенсивное усвоение бактериями кислорода из воздуха (сжигание углерода живого вещества бактерий в углекислоту), сопровождаемое столь сильным выделением тепла и повышением температуры, что сено задымливается (пары воды) и даже загорается. Клетчатка сена при этом темнеет и обугливается. Температура иногда доходит до 300°. То же явление происходит и в сыром навозе. Хлопок и хлопчато-бумажные очесы при влаге и отсутствии вентиляции также часто загораются, например, в трюмах пароходов. Это происходит от того, что хлопок еще в местах произрастания насыщен семенами быстро размножающихся бактерий — сенной, гнилостной и др. Скопление гнездилищ этих бактерий способствует аккумуляции развиваемого ими тепла со всеми указанными последствиями. Свойство зараженных бактериями отбросов развивать теплоту иногда специально используется. Так, в городе Аугсбурге (Германия) отапливается бактериальным способом оранжерея. Хлопчато-бумажная пыль и отбросы складываются там в ящики и поливаются водой; вследствие гнилостного брожения, развиваемого бактериями, самонагревание в ящиках доходит до 40 и даже до 60° и держится неделями.
Теплоту, развиваемую термическими бактериями, можно использовать в бактериальном тепловом двигателе (бактериотермомотор). Подобный двигатель, использующий в качестве рабочего вещества легко летучий серный эфир, изображен на рис. 2. Яму 1 наполняют какими-нибудь растительными отбросами, напр., соломой, шелухой льна, конопли, семенами хлопка, льна и т. д. и поливают теплой водой. В эту яму помещают железный котел 2, из которого рабочая жидкость по трубе 3 направляется в виде паров в рабочий цилиндр двигателя и оттуда, произведя работу — по трубке 5 — в конденсатор 6, где эфир снова сжижается. Из конденсатора охлажденный эфир стекает по трубке 7 обратно в котел 2.
Другой род применения в технике бактерии могут найти при подъеме затонувших судов. Принцип — бактериальное развитие газов внутри затонувшего судна и вытеснение ими заполняющей судовые отсеки воды. Способ заключается в следующем:
Внутрь затонувшего судна помещают мешки, наполненные свеклосахарной патокой и дрожжами. Затем все люки и отверстия тщательно задраивают и законопачивают, при чем предварительно сквозь борт судна или палубу вводят возможно глубже железную трубу, оканчивающуюся выше морского уровня. Через несколько часов бактерии (дрожжевые грибки) начинают усиленно размножаться, расщепляя сахар на угольную кислоту (и др. газы) и спирт. Получаемая углекислота своим давлением вытесняет воду, находящуюся внутри судна, в трубу, выбрасывая ее из судна наружу; освободившись от воды, судно всплывает.
На рисунке 3 цифрой 1 обозначена труба, выбрасывающая воду из затонувшего судна. Цифрой 2 — обозначены мешки, содержащие вещество, развивающее бактерийные газы.
При значительных глубинах, труба может быть заменена гибким бронированным рукавом, поддерживаемым для облегчения работы поплавками.
Выше описаны только некоторые случаи, где жизнедеятельность бактерий рождает утилизируемые силу и тепло.
С экономической точки зрения маломощные бактериомоторы представляются мало выгодными. Но могут быть случаи, когда, при обилии заводских отбросов, эти моторы могут оказаться вполне на месте. Весь вопрос об использовании бактерий в теплосиловой технике еще очень мало разработан. Не исключена надежда на то, что наука откроет новые бактерийные культуры с особенно усиленной жизнедеятельностью. Тогда бактериомоторы приобретут в промышленной энергетике крупное значение.
Инж. А. Фентеклюз