Введение в биотехнологическую энергетику

Необходимость разработки новых и эффективных способов производства энергетических носителей и восполнения сырьевых ресурсов стала особенно актуальной в последние два десятилетия из-за острого дефицита сырья и энергии в глобальном масштабе и повышения требований к экологической безопасности технологий. В этой связи стало интенсивно развиваться новое направление биотехнологии – биоэнергетика, разрабатывающая эффективные и экологически безопасные технологии получения и преобразования энергии.

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 топлива приводит ко все нарастающему загрязнению окружающей среды.

Неиссякаемым источником энергии на Земле является Солнце. Каждый год на поверхности Земли с Солнца поступает 3х Дж энергии. В то же время разведанные запасы нефти, угля, природного газа и урана, согласно оценкам, эквиваленты 2,5х Дж. Иными словами, менее чем за одну неделю Земля получит от Солнца столько энергии, сколько ее содержится во всех земных запасах. Ежегодно в процессе фотосинтеза образуется свыше 170 млрд. тонн сухого вещества, а количество энергии, связанной в нем, более чем в 20 раз превышает сегодняшнее годовое энергопотребление.

Растительный покров Земли содержит свыше 1 800 млрд. тонн сухого вещества, образованного в процессе фотосинтеза лесными, травяными и сельскохозяйственными экосистемами. Существенная часть энергетического потенциала биомассы потребляется человеком. Для сухого вещества простейшим способом превращения биомассы в энергию является сжигание, в процессы которого выделяется тепло, преобразуемое далее в механическую или электрическую энергию. Сырая биомасса также может быть преобразована в энергию в процессе биометаногенеза.

Принципиально возможно 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. Научные и специальные аналитические исследования последнего десятилетия приводят к выводу, что наиболее эффективнее и перспективнее методы крупномасштабного (промышленного) преобразования солнечной энергии основаны на использовании биосистем. Среди этих методов – достаточно хорошо освоенные биологические технологии превращения биомассы в энергоносители в процессе производства спирта.

Растения накапливают солнечную энергию в процессе фотосинтеза, и люди пытаются использовать этот природный источник энергии. Принципиально новые разработки ориентированы на модификацию и повышение эффективности фотосинтеза, создание биотопливных элементов, получение фотопровода, биоэлектокатализ.

Традиционные биотехнологии дают также возможность повышения нефтеотдачи, улучшения качества угля за счет десульфуризации.

Разрабатываются также метода получения углеводородов непосредственно их микроорганизмов и водорослей.

Поиск по сайту: