WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 31 | 32 || 34 | 35 |   ...   | 49 |

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

-- [ Страница 33 ] --

Среди хемотрофных микроорганизмов в качестве продуцентов водорода привлекают внимание виды, способные расти на достаточно доступных и дешевых субстратах. Например, культура клостридий C. perfringens, сбраживая различную органику, способна продуцировать в 10-литровом аппарате до 23 л Н2/ч. Создание крупномасштабной системы на такой основе не представляется трудным, так как уже разработаны и внедрены в промышленность процессы получения ацето-бутилового брожения с использованием клостридий. Некоторые энтеробактерии в процессах брожения способны продуцировать водород, однако эффективность процесса при этом не превышает 33 % от энергии используемого субстрата. Таким образом, применение хемотрофов для сбраживания органики с получением водорода менее выгодно по сравнению с процессами биометаногенеза.

Более перспективными продуцентами являются фототрофные микроорганизмы, так как образование ими водорода связано с процессами поглощения энергии света и, следовательно, может повысить эффективность использования солнечной радиации. С наибольшей скоростью водород выделяют некоторые пурпурные бактерии, например некоторые штаммы Rh. capsulata, до 150–400 мл Н2/ч.г сухого вещества. В качестве субстратов пурпурные бактерии используют различные органические соединения, которые они разлагают с образованием углекислоты и водорода. Например, при разложении 1 г лактата пурпурные бактерии образуют до 1350 л водорода. При этом эффективность конверсии света достигает 2.8 % (бактерии поглощают свет в области 800–900 нм, некоторые виды – до нм, то есть инфракрасные лучи, которые не используются никакими другими фотосинтезирующими организмами). Важным моментом является способность пурпурных бактерий продуцировать водород при использовании, помимо органических соединений, также тиосульфата и других восстановленных соединений серы. В качестве субстрата возможно применение также некоторых отходов, включая навоз. Эффективность продукции водорода при этом составляет до 50 кг Н2/м2.г.

Наиболее выгодным для микробиологического получения водорода является использование фототрофных организмов, способных к биофотолизу воды, то есть использующих при фотосинтезе в качестве доноров электронов воду. Интересны в этом плане азотфиксирующие цианобактерии, способные выделять водород на свету в аэробных условиях с одновременным образованием кислорода. В культуре цианобактерий получено устойчивое выделение водорода со скоростью 30–40 мл Н2/чг АСБ. Эффективность использования энергии при искусственном освещении составила 1.5–2.7 % и 0.1–0.2 % – при естественном освещении. То есть эти результаты достаточно обнадеживающие. Для получения фотоводорода разрабатываются различные, в том числе многокомпонентные биосистемы, содержащие, в том числе, лиофилизированные клетки цианобактерий и пурпурных бактерий; цианобактерии и водоросли и т.д. Как двухкомпонентную водородобразующую систему можно рассматривать систему бобовых растений, имеющих клубеньки с азофиксирующими бактериями Rhizobium. К аналогичному симбиотическому сообществу можно отнести комплекс из водного папоротника Azolla и цианобактерий. Однако до практического применения таких биосистем еще достаточно далеко. Полагают, что это может произойти не ранее 2000 г.

Биотопливные элементы и биоэлектрокатализ Перспективным подходом для превращения химической энергии топлив в электрическую является направление создания так называемых топливных элементов, представляющих собой электрохимические генераторы тока. В основе процесса лежит происходящее на электродах электрохимическое окисление топлива и восстановление окислителя (кислорода), при этом генерируется электрохимический потенциал, соответствующий свободной энергии процесса окисления водорода до воды:

Степень преобразования химической энергии в электрическую в топливных элементах достаточно высока, так современные водородкислородные топливные элементы имеют к.п.д. до 80 %.

Определенные перспективы обещает применение в конструкциях топливных элементов биологических систем – ферментов или микробных клеток. Уровень реализации этого подхода пока исключительно лабораторный. В конструировании биотопливных элементов в настоящее время наметилось несколько подходов:

– превращение водорода в электрохимически активные соединения, эффективно окисляющиеся на электродах. В такой системе микроорганизмы на основе ряда субстратов (углеводы, метан, спирты и пр.) непрерывно генерируют водород, который далее окисляется в элементе «водород-кислород» с образованием электроэнергии;

– генерация электрохимического потенциала на электродах, находящихся непосредственно в культуральной среде: образующиеся в ходе конверсии субстрата продукты обмена могут обладать определенной электрохимической активностью;

– перенос электронов с топлива на электрод катализируют ферменты, в том числе иммобилизованные.

Весьма эффективны биотопливные элементы на основе анаэробных микроорганизмов, способных сбраживать огромное разнообразие соединений. В таком биотопливном элементе функционируют катод и биоанод;

последний содержит микробные клетки. Субстрат, играющий роль топлива, перерабатывается микроорганизмом в отсутствии кислорода. Достигнутые мощности энергии на единицу объема топливного элемента пока не велики. Вместе с тем в этих системах возможно применение различных, в том числе доступных и недорогих субстратов, включая промышленные и сельскохозяйственные отходы. Применение изолированных ферментов вместо микробных клеток обещает сделать процессы трансформации энергии химических связей в электрическую более выгодными. Примером таких биотопливных элементов могут служить системы на основе окисления метанола в уксусную кислоту с участием алкагольдегидрогеназы; муравьиной кислоты в углекислоту с участием формиатдегидрогеназы; глюкозы в глюконовую кислоту с участием глюкозооксидазы.



Новой областью технологической биоэнергетики и частью инженерной энзимологии является биоэлектрокатализ. Цель данного направления – создание высокоэффективных преобразователей энергии на основе иммобилизованных ферментов. Важнейшей проблемой при этом является сопряжение ферментативной и электрохимической реакций, то есть обеспечение активного транспорта электронов с активного центра фермента на электрод. Исследования недавних лет показали, что этого можно достичь несколькими путями:

– при использовании медиаторов (низкомолекулярных диффузионно подвижных переносчиков, способных акцептировать электроны с электрода и отдавать их активному центру фермента);

– при прямом электрохимическом окислении-восстановлении активных центров фермента, то есть в прямом переносе электронов с активного центра фермента – на электрод (или обратно);

– при использовании ферментов, включенных в матрицу органического полупроводника.

Перенос электронов с участием медиатора можно представить в следующем виде:

где E и E° – окисленная и восстановленная формы активного центра фермента; M и M° – окисленная и восстановленная формы медиатора.

Примером биоэлектрокаталитической системы с участием медиатора является система «гидрогеназа–метилвиологен–угольный электрод»; в такой системе возможно электрохимическое окисление водорода без перенапряжения, практически в равновесных условиях.

В прямом переносе электронов между активным центром фермента и электродом устанавливается потенциал, близкий к термодинамическому потенциалу кислорода. Этот механизм переноса реализован в реакции электрохимического восстановления кислорода до воды при участии медьсодержащей оксидазы, а также в реакциях электровосстановления водорода с помощью гидрогеназы.

Третий путь переноса электронов базируется на использовании иммобилизованных ферментов, а именно, включенных в матрицу полупроводника.

Для этих целей используют полимерные материалы с системой сопряженных связей, обладающие длинной цепью сопряжения, а также полимеры с комплексами переноса заряда (высокодисперсная сажа). По этому принципу реализованы некоторые электрохимические реакции, в том числе электрохимическое окисление глюкозы при участии глюкозооксидазы.

Разработка электрохимических путей преобразования энергии идет двумя путями: с использованием способности ферментов катализировать окисление различных субстратов, а также на базе создания электрохимических преобразователей с высокими удельными характеристиками.

5. 2. БИОГЕОТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ Биогеотехнология металлов – это процессы извлечения металлов из руд, концентратов, горных пород и растворов вод воздействием микроорганизмов или продуктов их жизнедеятельности при нормальном давлении и физиологической температуре (от 5 до 90°С). Составными частями биогеотехнологии являются:

1) биогидрометаллургия, или бактериальное выщелачивание;

2) биосорбция металлов из растворов, 3) обогащение руд.

Бактериальное выщелачивание Как пишет биотехнолог К. Брайерли: «Вероятно, из всех аспектов микробиологической технологии меньше всего рекламируется и больше всего недооценивается применение микроорганизмов для экстракции металлов из минералов...». Важность применения биогеотехнологии металлов связана с исчерпаемостью доступных природных ресурсов минерального сырья и с необходимостью разработки сравнительно небогатых и трудноперерабатываемых месторождений. При этом биологические технологии не обезображивают поверхность Земли, не отравляют воздух и не загрязняют водоемы стоками в отличие от добычи ископаемых открытым способом, при котором значительное количество земельных площадей разрушается. Биогеотехнологические методы, микробиологическая адсорбция и бактериальное выщелачивание, позволяют получить дополнительное количество цветных металлов за счет утилизации «хвостов» обогатительных фабрик, шламов и отходов металлургических производств, а также переработки так называемых забалансовых руд, извлечением из морской воды и стоков.

Применение биологических методов интенсифицирует процессы добычи минерального сырья, удешевляет их, при этом исключает необходимость применения трудоемких горных технологий; позволяет автоматизировать процесс.за тысячелетие до нашей эры римляне, финикийцы и люди иных ранних цивилизаций извлекали медь из рудничных вод. В средние века в Испании и Англии применяли процесс «выщелачивания» для получения меди из медьсодержащих минералов. Безусловно, древние горняки не могли предположить, что активным элементом данного процесса являются микроорганизмы. В настоящее время процесс бактериального выщелачивания для получения меди достаточно широкого применяют повсеместно;

меньшие масштабы имеет бактериальное выщелачивание урана. На основании многочисленных исследований принято считать бактериальное выщелачивание перспективным процессом для внедрения в горнодобывающую промышленность. В меньших масштабах применяется в горнодобывающей промышленности другой биотехнологический процесс – извлечение металлов из водных растворов. Это направление обещает существенные перспективы, так как предполагает достаточно дешевые процессы очистки стоков от металлов и экономичное получение при этом сырья.



Pages:     | 1 |   ...   | 31 | 32 || 34 | 35 |   ...   | 49 |
 



Похожие работы:

«Глава 6. Глобальные проблемы. 6.1 Проблемы цивилизации. Сложилась парадоксальная ситуация: мировая цивилизация достигла поразительных высот и в то же время оказалась на краю пропасти. К общепланетарным проблемам относятся: бурный рост населения; обострение энергетического кризиса; нехватка продовольствия и нищета в слаборазвитых странах; эскалация этнических конфликтов и малые войны; возникновение эпидемий; разгул бандитизма и терроризма; религиозные конфликты; кризис культуры, нравственности,...»

«Календарь предстоящих событий недели с 25 апреля по 1 мая Экономика: 25 апреля - Президент России В.Путин выступит в Кремле с ежегодным посланием к Федеральному Собранию РФ. 26 апреля - В Москве под председательством премьер-министра РФ М.Фрадкова пройдет совещание с участием глав субъектов Федерации по вопросам реформы ЖКХ, организации местного самоуправления и замене льгот денежными компенсациями. 26 апреля - Комитет госзаимствований Москвы выплатит 3-й купон облигаций 40-го выпуска. Объем...»

«Памятные даты: 2014 год – Год науки Россия - ЕС; 2014 год – Год культуры в Российской Федерации; 2014 год – Год кристаллографии; 2014 год – 180-летие Гидрометеорологической службы России; 2014 год – 300-летие Нижегородской губернии; 2005 – 2015 гг. – Международное десятилетие действий Вода для жизни; 2011– 2020 гг. – Десятилетие биоразнообразия Организации Объединенных Наций; 2005 – 2014 гг. – Десятилетие образования в интересах устойчивого развития; 2014 – 2024 гг. – Десятилетие устойчивой...»

«2 МЕЖДУНАРОДНАЯ ОБЩЕСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ АССОЦИАЦИЯ ЗАЯВЛЕНИЕ XV Съезда-Форума МТЭА касательно проблемы Глобальная энергетическая безопасность. Участники XV Съезда-Форума Международной топливноэнергетической Ассоциации (МТЭА), в преддверии саммита Группы восьми в г.Санкт-Петербурге, провели Международную конференцию в Москве 20 апреля 2006г. с целью обсудить современную энергетическую ситуацию в мире и рассмотреть новые инициативные предложения ученых,...»

«УТВЕРЖДАЮ Директор ИНЭИ РАН чл.-корр. РАН С.П.Филиппов 2013 г. ГОДОВОЙ ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ за 2013 г. Москва, 2014 Содержание I ПЕРЕЧЕНЬ ИССЛЕДОВАНИЙ 1 Программы фундаментальных исследований Президиума РАН 2 Программа фундаментальных исследований ОЭММПУ РАН № 2 (Постановление Президиума РАН от 13 декабря 2011 г. № 264) 3 Научно-исследовательские работы, финансируемые за счет федерального бюджета 4 Научно-исследовательские работы, финансируемые за счет внебюджетных...»

«Кафедраинженерная кибернетика Специальность_6M070200 - автоматизация и управление_ Допущен к защите Зав. кафедрой_ __20г. МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ пояснительная записка Тема Исследование и разработка экспертной системы определения оптимального состава оборудования комбинированной системы энергоснабжения жилого помещения с использованием возобновляемых источников энергии. МагистрантАнтипова Елена Игоревна_ подпись (Ф.И.О.) Руководитель диссертации_ профессорХан С.Г._ подпись (Ф.И.О.) Рецензент...»

«НУРБЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ ГУЛИА УДИВИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА В ПОИСКАХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КАПСУЛЫ ОТ РЕДАКЦИИ Проблеме создания совершенного накопителя энергии, образно названного автором энергетической капсулой, посвящены сотни научных трудов и десятки книг Нурбея Гулиа – ученого, чьи работы получили признание как в России, так и за рубежом. Энергетика всегда была и остается приоритетным направлением науки и техники, а накопители энергии – важным и перспективным разделом энергетики. Эффективное накопление...»

«III. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА 3.1. Штаты научного отдела 3.1.1. Списочный состав сотрудников научного отдела на 31.12.2004 Год Срок Специрож- Долность, научная работы в Ученая Ф.И.О. аль-нос Образование NN де-н специализация заповед- степень ть ия нике Зам. директора по Био- Ленинградский Корякин Александр научной работе, лог-зоо университет, с 1976 к.б.н 1 1954 Сергеевич орнитолог лог 1976 Ведущий научный Био- Ленинградский Бианки Виталий сотрудник, орни- лог-зоо университет, с 1955...»

«ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ Том 2 Электротехника Справочное издание Екатеринбург 2011 Я.М. Щелоков ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ Том 2 Электротехника Справочное издание Екатеринбург 2011 УДК 536 ББК 31.32 Щ 46 Рецензент В.Г. Лисиенко, заведующий кафедрой Автоматика и управление в технических системах УрФУ, заслуженный деятель науки и техники РФ, лауреат премии Правительства РФ, доктор технических наук, профессор Я.М. Щелоков Энергетическое обследование: справочное издание: В 2-х томах. Том 2....»






 
© 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.