Составляющее для производства биологического топлива

Опубликовано в Новости - Новости рынка крахмала и сахара

Новости в производстве биотоплива«Закон об Энергетической независимости», принятый в США в декабре 2007 года, призывал к повышению выработки топлива из возобновляемых видов сырья до уровня в 36 млрд галлонов в год. Из побочных продуктов производства сельскохозяйственной отрасли, таких как щепа из дерева и полевая трава, согласно закону, планировалось получать до 16 млрд галлонов биотоплива из целлюлозы. Осуществление этих планов на практике позволит сократить использование бензина во много раз, что, соответсвенно, приведет к уменьшению содержания в атмосфере газов, вызывающих парниковый эффект, а также к уменьшению ввоза импортных нефтепродуктов.

Но камнем преткновения для реализации этого плана является тот факт, что пока не существует экономически оправданного конкурентного процесса производства биотоплива в промышленном масштабе. Сегодня практически весь этанол, выпускаемый в США, производят, перерабатывая кукурузный крахмал, расщепляя его до остатков глюкозы. Вкратце, технология производства этанола состоит из следующих стадий:
  • получение молекул глюкозы из целлюлозных кристаллических цепей, являющихся основой структуры растительного сырья
  • сбраживание полученной биологической массы с высоким содержанием глюкозы
  • перегонка полученной при брожении этанол содержащей субстанции с выделением чистого этанола
Из всей этой технологической схемы получения этанола основным затратным моментом является извлечение молекул глюкозы. По словам профессора химического машиностроения и биохимии Френсис Арнольд из Калифорнийского технологического университета США, эти затраты в настоящий момент накладывают главное ограничение на полноценное промышленное использование биотоплива.
Эта точка зрения основана на том, что, по словам профессора, самым экономически эффективным методом получения глюкозы из целлюлозы является использование ферментов. Двадцатилетний опыт работы с ферментами для использования их в различных сферах, таких как медицина и химическое производство красителей позволяет ему озвучить подобное предположение.
Произведенный из целлюлозы этанол имеет ряд преимуществ перед биотопливом, произведенным из кукурузного крахмала, таких как значительно более низкое содержание отравляющих газов, выбрасываемых в атмосферу, что позволит уменьшить их выброс до 87%, тогда как при производстве этанола из кукурузного крахмала эта цифра составит лишь 18-28%. При этом нужно иметь ввиду, что целлюлоза – самое доступное природное органическое сырье на планете.
Для ферментации кукурузного крахмала до глюкозы нужен только один фермент, а процесс получения глюкозы из целлюлозы предусматривает использование нескольких ферментативных реакций, в результате которых клетчатка разлагается, осуществляемых с помощью так называемых Cellulolytic Enzymes. Эти ферменты, выделенные из грибов, использовались в различных научных исследованиях, показавших, что работа этих ферментов очень медленна и мало стабильна.
Малоутешительные результаты были получены также при использовании их одновременно с другими аминокислотами различных органических веществ. Однако, эти опыты позволили снизить себестоимость производства биотоплива с применением ферментов до 20-50 центов за галлон этанола. Но эта себестоимость должна быть снижена до 3-4 центов за галлон этанола из целлюлозы, чтобы выйти на уровень затрат при производстве биотоплива из кукурузного крахмала.
Но опыты профессора Арнольд направлены не только на снижение себестоимости производства целлюлозного этанола. Она пытается выделить ферменты, которые одновременно с выделением глюкозы из кристаллической целлюлозной цепи будут запускать процесс брожения полученной сахар содержащей смеси. “Объединие таких разных процесов, как расщепление целюлозы и брожение полученого сахара, в один, позволит снизить стоимость всей технологии получения биотоплива”, - говорит профессор.
Основная масса усилий нацелена на получении высокоэффективных ферментов, для использования их в последующих промышленных процессах ферментации и преобразовании кристаллической целлюлозы в сбраживаемые сахара. Эти ферменты должны иметь высокую активность и быть высокостабильными, чтобы обеспечить требуемое расчленение продуктов биосинтеза. Данные исследования уже сейчас позволяют ученым получать достаточно высокое количество этих микроорганизмов для получения этанола. Профессор Френсис Арнольд также впервые использовала метод «контролируемой эволюции» для производства нового вида белков. С помощью данного метода производятся несколько вариантов генов, свой для каждого конкретного белка. Произведенные специфические гены внедряют в производимый микроорганизм, в результате чего он получает требуемые функциональные особенности.
Последние исследования в этой области используют также математические методы, с помощью которых можно быстро просчитать большое количество комбинирования белков. Эти математические методы значительно сокращают время создания оптимальных ферментов с новыми нужными свойствами. Ученые применяют эти методы для создания библиотеки генов. На экране монитора можно всегда посмотреть, как поведет себя та или иная группа генов в составе белка фермента.
Френсис Арнольд сотрудничает с профессором химического машиностроения Калифорнийского университета Джеймсом Лиао, который придумал способ эффективного производства бутанола из сахара, биотоплива, выделяющего при своем распаде больше энергии, чем этанол. Ученые надеются, что их совместные исследования принесут больше пользы, они имеют патент на технологию получения бутанола Джеймса Лиао, основная же цель их совместного проекта – промышленное производство современных видов биотоплива, таких как этанол и бутанол.


Еще про крахмал и сахар