WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 27 | 28 || 30 | 31 |   ...   | 49 |

«Т. Г. Волова БИОТЕХНОЛОГИЯ Ответственный редактор академик И. И. Гительзон Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в ...»

-- [ Страница 29 ] --

5.1. БИОЭНЕРГЕТИКА Повышенный интерес к технологической биоэнергетике – науке о путях и механизмах трансформации энергии в биологических системах, обусловлен рядом причин. Энерговооруженность является фактором, определяющим уровень развития общества. В последнее время для сравнения эффективности тех или иных процессов и технологий все чаще прибегают к энергетическому анализу, который намного раньше используется в экологии. Основной задачей энергетического анализа является планирование таких методов производства, которые обеспечивают наиболее эффективное потребление ископаемых и возобновляемых энергоресурсов, а также охрану окружающей среды.

За историю развития человеческого общества потребление энергии в расчете на одного человека возросло более чем в 100 раз. Через каждые 10–15 лет мировой уровень потребления энергии практически удваивается. В то же время запасы традиционных источников энергии – нефти, угля, газа истощаются. Кроме того, сжигание ископаемых видов топлив приводит к нарастающему загрязнению окружающей среды. Поэтому становится очень важным получать энергию в экологически чистых технологиях. Неиссякаемым источником энергии на Земле является Солнце. Каждый год на поверхность Земли с солнечной энергией поступает 3.2024 Дж энергии. В то же время разведанные запасы нефти, угля, природного газа и урана по оценкам эквиваленты 2.5.1022 Дж, то есть менее чем за одну неделю Земля получает от Солнца такое же количество энергии, какое содержится во всех запасах. Ежегодно в процессах фотосинтеза образуется свыше 170 млрд. т сухого вещества, а количество энергии, связанной в нем, более чем в 20 раз превышает сегодняшнее годовое энергопотребление. Однако возникает вопрос, способна ли энергетика, основанная на использовании солнечного излучения, обеспечить все возрастающие энергетические потребности общества. В глобальном масштабе солнечная Средства биологического контроля Рис. 5. 1. Взаимосвязи между биомассой и биотехнологией (по Д. Холлу и др., 1988).

энергетика способна обеспечить современный и будущий уровень энергозатрат человечества. Так, величина солнечной энергии, падающей на неосвоенные территории, например пустыни (около 2.107 км2), составляет около 5.1018 кВт ч. При освоении этой энергии хотя бы с 5 % к.п.д. уровень мирового производства энергии можно увеличить более чем в раз. Таким образом, при возможном народонаселении в 10 млрд. человек получение энергии только с поверхности зоны пустынь будет в 10–12 раз превышать энергетические потребности человечества. При этом предвидится рост энергопотребления в расчете на душу населения в 5 раз по сравнению с настоящим уровнем.

Принципиально возможно также освоение солнечной энергии, падающей на поверхности морей и океанов. При этом в первичном процессе преобразование солнечной энергии происходит за счет синтеза биомассы фитопланктона; вторичный процесс представляет собой конверсию биомассы в метан и метанол. Плантации микроводорослей по оценкам специалистов представляют собой наиболее продуктивные системы: 50– т/га в год. Растительный покров Земли составляет свыше 1800 млрд. т сухого вещества, образованного в процессах фотосинтеза лесными, травяными и сельскохозяйственными экосистемами. Существенная часть энергетического потенциала биомассы потребляется человеком. Для сухого вещества простейшим способом превращения биомассы в энергию является сгорание, в процессе которого выделяется тепло, преобразуемое далее в механическую или электрическую энергию. Сырая биомасса также может быть преобразована в энергию в процессах биометаногенеза и получения спирта.

Как видно из рис. 5.1, получение топлива по схеме «биомасса – биотехнология» основывается на сочетании фотосинтеза, животноводства, кормопроизводства и ферментации с использованием тех или иных биологических агентов.

Научные и аналитические исследования последнего десятилетия приводят к выводу, что наиболее эффективными и обнадеживающими для крупномасштабного преобразования солнечной энергии являются методы, основанные на использовании биосистем. Среди этих методов – достаточно хорошо освоенные биологические технологии превращения биомассы в энергоносители в процессах биометаногенеза и производства спирта, а также принципиально новые разработки, ориентированные на модификацию и повышение эффективности самого процесса фотосинтеза, создание биотопливных элементов, получение фотоводорода, биоэлектрокатализ.

Биометаногенез Биометаногенез или метановое «брожение» – давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Открыт данный процесс в 1776 г.

Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе. Биогаз, получаемый из органического сырья в ходе биометаногенеза в результате разложения сложных органических субстратов различной природы при участии смешанной из разных видов микробной ассоциации, представляет собой смесь из 65–75 % метана и 20–35 % углекислоты, а также незначительных количеств сероводорода, азота, водорода. Теплотворная способность биогаза зависит от соотношения метана и углекислоты и составляет 5–7 ккал/м3; 1 м3 биогаза эквивалентен 4 квт/ч электроэнергии, 0.6 л керосина, 1.5 кг угля и 3.5 кг дров. Неочищенный биогаз используют в быту для обогрева жилищ и приготовления пищи, а также применяют в качестве топлива в стационарных установках, вырабатывающих электроэнергию. Компремированный газ можно транспортировать и использовать (после предварительной очистки) в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. Очищенный биогаз аналогичен природному газу. В процессах биометаногенеза решается не только проблема воспроизводства энергии, – эти процессы чрезвычайно важны в экологическим плане, так как позволяют решать проблему утилизации и переработки отходов различных производств и технологий, сельскохозяйственных и промышленных, а также бытовых, включая сточные воды и твердый мусор городских свалок.



В сложных процессах деструкции органических субстратов и образования метана участвует микробная ассоциация различных микроорганизмов. В ассоциации присутствуют микроорганизмы-деструкторы, вызывающие гидролиз сложной органической массы с образованием органических кислот (масляной, пропионовой, молочной), а также низших спиртов, аммиака, водорода; ацетогены, превращающие эти кислоты в уксусную кислоту, водород и окислы углерода и, наконец, собственно – метаногены – микроорганизмы, восстанавливающие водородом кислоты, спирты и окислы углерода в метан:

С биохимической точки зрения метановое «брожение» – это процесс анаэробного дыхания, в ходе которого электроны с органического вещества переносятся на углекислоту; последняя затем восстанавливается до метана (при истинном брожении конечным акцептором электронов служит молекула органического вещества, являющегося конечным продуктом брожения). Донором электронов для метаногенов является водород, а также уксусная кислота.

Деструкцию органической массы и образование кислот вызывает ассоциация облигатных и факультативных анаэробных организмов, среди которых гидролитики, кислотогены, ацетогены и др.; это представители родов: Enterobacteriaceae, Lactobacilaceae, Sterptococcaceae, Clostridium, Butyrivibrio. Активную роль в деструкции органической массы играют целлюлозоразрушающие микроорганизмы, так как растительные биомассы, вовлекаемые в процессы биометаногенеза, характеризуются высоким содержанием целлюлозы (лигнинцеллюлозы). В превращении органических кислот в уксусную существенную роль играют ацетогены – специализированная группа анаэробных бактерий.

«Венцом» метанового сообщества являются собственно метаногенные или метанообразующие бактерии (архебактерии), катализирующие восстановительные реакции, приводящие к синтезу метана. Субстратами для реализации этих реакций являются водород и углекислота, а также окись углерода и вода, муравьиная кислота, метанол и др.:

Несмотря на то, что метанообразующие бактерии выделены и описаны совсем недавно, в середине 80-х гг., их возникновение относят к Архею и возраст оценивают в 3.0–3.5 млрд. лет. Эти микроорганизмы достаточно широко распространены в природе в анаэробных зонах, и вместе с другими микроорганизмами активно участвуют в деструкции органических веществ с образованием биогаза, в морских осадках, болотах, речных и озерных илах. Архебактерии отличаются от прокариотических микроорганизмов отсутствием муреина в клеточной стенке; специфическим, не содержащим жирных кислот, составом липидов; наличием специфических компонентов метаболизма в виде кофермента М (2-меркаптоэтансульфоновая кислота) и фактора F420 (особый флавин); специфической нуклеотидной последовательностью 16S pPHK.

Внутри данной группы отдельные представители метанообразующих бактерий могут существенно отличаться друг от друга по ряду показателей, включая содержание ГЦ в ДНК, на этом основании их подразделяют на три порядка, которые включают несколько семейств и родов. К настоящему времени выделены в чистой культуре и описаны около 30 метанообразующих бактерий; список этот непрерывно пополняется. Наиболее изученными являются следующие: Methanobacterium thermoautotrophicum, Methanosarcina barkerii, Methanobrevibacter ruminantium. Все метаногены – строгие анаэробы; среди них встречаются как мезофильные, так и термофильные формы; гетеротрофы и автотрофы. Особенностью метанообразующих бактерий является также способность активно развиваться в тесном симбиозе с другими группами микроорганизмов, обеспечивающими метаногенов условиями и субстратами для образования метана.

В процессах метаногенеза можно переработать самое разнообразное сырье – различную растительную биомассу, включая отходы древесины, несъедобные части сельскохозяйственных растений, отходы перерабатывающей промышленности, специально выращенные культуры (водяной гиацинт, гигантские бурые водоросли), жидкие отходы сельскохозяйственных ферм, промышленные и бытовые стоки, ил очистных сооружений, а также мусор городских свалок. Важно, что сырье с высоким содержанием целлюлозы, трудно поддающееся методам переработки, также эффективно сбраживается и трансформируется в биогаз.

Установки для биометаногенеза с учетом их объемов и производительности можно подразделить на несколько категорий: реакторы для небольших ферм сельской местности (1–20 м3); реакторы для ферм развитых стран (50–500 м3); реакторы для переработки промышленных стоков (спиртовой, сахарной промышленности) (500–10 000 м3) и реакторы для переработки твердого мусора городских свалок (1 – 20.106 м3). Метанотенки, изготовленные из металла или железобетона, могут иметь разнообразную форму, включая кубическую и цилиндрическую. Конструкции и детали этих установок несколько варьируют, главным образом, это связано с типом перерабатываемого сырья. Существует огромное разнообразие установок для реализации процесса метаногенеза, конструкционные детали и компоновка которых определяется приоритетностью задачи, решаемой в конкретном процессе: либо это утилизация отходов и очистка стоков, либо получение биогаза требуемого качества. Так, среди действующих в развитых странах установок есть как средние, так и большие по объемам аппараты (дайджестеры), снабженные устройствами для очистки и компремирования биогаза, электрогенераторами и очистителями воды.

Такие установки могут входить в состав комплексов с промышленными предприятиями (сахароперерабатывающими, спиртовыми, молокозаводами), канализационными станциями или крупными специализированными фермами. Когда главной целью процесса является утилизация отходов, в составе установок должен присутствовать блок для фракционирования и отделения крупных твердых частиц.



Pages:     | 1 |   ...   | 27 | 28 || 30 | 31 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«Ашот Егиазарян ТУРЦИЯ И РОССИЯ ВО ВНЕШНЕЭКОНОМИЧЕСКИХ ОТНОШЕНИЯХ АЗЕРБАЙДЖАНА (19952006) REGNUM Ереван Москва 2007 УДК 339.92 ББК 65.59 (5 Азе) Е 29 Егиазарян Ашот. Турция и Россия во внешнеэкономических отношениях Азербайджана (19952006). Ереван; Москва, 2007. 68 с. В работе, продолжающей серию исследований и публикаций Аналитического центра Кавказ (Ереван), рассмотрены структурные проблемы азербайджанской экономики. Акцент сделан автором на внешнеэкономической деятельности страны на фоне...»

«ТОДОР ДИЧЕВ, врач, доктор философских наук, академик НИКОЛА НИКОЛОВ, писатель и востоковед ЗЛОВЕЩИЙ ЗАГОВОР Несчастным и обречённым, но любимым нами славянам эту книгу посвящаем! СОДЕРЖАНИЕ • Вместо предисловия • Слово к читателям • 1-й раздел Тайная, могучая и зловещая власть банкиров Мистические и идеологические, политические и финансовые корни илюминизма, хасидизма и сионизма Победа масонства и сионизма в России Организованный геноцид и психоцид гоев Иудеи России и европейских стран -...»

«СИСТЕМА НОРМАТИВНЫХ ДОКУМЕНТОВ В ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ГАЗПРОМ ВЕДОМСТВЕННЫЙ РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ РЕГЛАМЕНТ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СКВАЖИН ВРД 39-1.13-057-2002 Москва 2002 ПРЕДИСЛОВИЕ РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью Научноисследовательский институт природных газов и газовых технологий - ВНИИГАЗ СОГЛАСОВАН Минтопэнерго России (№ 21-02-01/45 от 15 марта 2000 г.) Госкомэкологией России (№ 03-22/27-56 от 10...»

«Егор Тимурович Гайдар Гибель империи Скан, вычитка: http://www.socioline.ru Гайдар Е.Т. Гибель империи. Уроки для современной России: Российская политическая энциклопедия (РОССПЭН); М.; 2006 ISBN 5 – 8243 – 0759 – 8 Егор Гайдар: Гибель империи Аннотация Книга посвящена проблемам, с которыми сталкиваются авторитарные режимы в полиэтнических государствах, чья экономика в значительной степени зависит от непредсказуемых колебаний цен на топливно-энергетические ресурсы. Эта тематика актуальна для...»

«ПУТЬ К ИСТИНЕ (Азы Сокровенных Знаний) КНИГА III Из Глубины Веков 2 Прошло ещё две недели. Собираясь на очередную встречу с Ярославом для просмотра фильма Вера и обсуждения вопросов, поднимаемых Сергеем Стрижаком в проекте Игры Богов, а я даже сказал бы в киноэпопее Игры Богов, я вспомнил последний разговор со своим однокурсником, а теперь и соседом Сергеем. Помня, как шокировали его сведения, полученные на предыдущей встрече Путь к Истине, было бы интересно узнать, как он в последующем...»

«прилОжение 1 – мОнитОринг пОлитики в Области ээ: статус стратегий в Области энергОэффективнОсти Албания Существует проект Энергетической стратегии, включающий также вопросы энергоэффективности (ЭЭ). Проект пока не был одобрен Правительством. Армения Стратегия в области ЭЭ была первоначально одобрена в 199 г. Однако Правительство планирует разработать новую “Национальную стратегию в области энергоэффективности, возобновляемых источников энергии и защиты окружающей среды”. Правительство намерено...»

«Yuri A.Shushkevich. Production of Standardised Feed Product on the Basis of Biofuel crops deposits as a prospective biotechnology. Abstract. The development of world bioenergetics under conditions of increasing shortage of fossil raw hydrocarbons may very shortly result in substantial diminishing of cultivated crops areas worldwide presently intended for food production and, consequently, in decrease of food availability and global hunger. At the same time modern biotechnologies allow to ease...»

«1 Школьные конкурсные проекты предлагают простые энергетические решения для сохранения климата Всероссийский конкурс SPARE 2011-2012 учебного года в рамках шестого международного конкурса школьных проектов по энергоэффективности Энергия и среда обитания проводился под лозунгом Сохраним климат с помощью простых энергетических решений. Цель конкурса: внедрение идей и методов энергосбережения в обществе, создание у школьников мотивации для сбережения ресурсов и энергии. Конкурс поддерживается...»

«ООО ИНТЕХЭКО Каталог участников Шестой Международной конференции ПЫЛЕГАЗООЧИСТКА-2013 - технологии очистки газов и воздуха www.intecheco.ru от пыли, золы, диоксида серы, окислов азота, ПАУ и других вредных веществ, электрофильтры, рукавные фильтры, скрубберы, циклоны, дымососы, вентиляторы, новейшие фильтровальные материалы, пылетранспорт, затворы, системы экомониторинга, газоанализаторы и пылемеры, АСУТП, агрегаты питания электрофильтров, оборудование систем вентиляции и кондиционирования,...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.