БИОТЕХНОЛОГИЯ – 2016: ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ Р. Г. ВАСИЛОВ ДОКТОР БИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, ПРОФЕССОР НИЦ «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ» , ОБЩЕСТВО БИОТЕХНОЛОГОВ РОССИИ ИМ. Ю. А. ОВЧИННИКОВА 3 Москва, 2016
ПРОГНОЗ - 2000: БУМ БИОТЕХНОЛОГИЙ К 2015 ГОДУ № п/п Прогноз 2000 г. Реальность 2015 г. 1. Персональное геномное профилирование и искусственно выращенные органы на замену станут обыденностью. Животных будут клонировать на мясо, а террористы при помощи генетики станут создавать новые опасные болезни. Затраты в геномике в последние пять лет существенно снизились, а национальная система здравоохранения пытается сегодня секвенировать ДНК 125 000 человек для решения проблемы рака. 2. ГМО будут доминировать в сельском хозяйстве. Сегодня ГМО занимают 18% посевных площадей: 82% сои, 60% хлопка и 30% кукурузы. В то же время новый тренд – сосуществование трех типов ведения сельского хозяйства: традиционного, органического и биотехнологического.
ОСНОВЫ МЕДИЦИНЫ XXI ВЕКА НОВАЯ МОДЕЛЬ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ: основана на новейших геномных, постгеномных, эпигеномных технологиях, ускоренном развитии нано- и биотехнологий, биоинформатики, клеточной и синтетической биологии и др. МЕДИЦИНА БУДУЩЕГО - ЭТО: Новая парадигма: МЕДИЦИНА Р 4 Методология: ТРАНСЛЯЦИОННАЯ МЕДИЦИНА
МЕДИЦИНА П 4 (Р 4) – НОВАЯ ПАРАДИГМА • От лечения болезней – к обеспечению здоровья Predict Prevent Personalize Participative Предсказательная Профилактическая Персонализи- При участии пациента (предиктивная) (партисипативная) Выполнение анализов, выявляющих у пациента генетические отклонения и предрасположенность к тем или иным заболеваниям, что позволяет обеспечить эффективную профилактику и стратегию лечения на молекулярном уровне (превентивная) Выявление глубинных причин возникновения заболевания, что делает возможным выработку тактики лечения, которая блокирует или замедляет развитие болезни. Превентивная терапия подбирается индивидуально для каждого пациента, поэтому она более эффективна и имеет меньше побочных эффектов рованная Генетическая информация, знание поведенческих особенностей, привычек, условий жизни каждого пациента необходимы для создания персонального плана менеджмента здоровья, основанного на стратегии профилактики болезней и, по мере необходимости, индивидуализированного подхода и таргетной терапии заболеваний Более активное и результативное участие пациента в сохранении собственного здоровья , основанное на полной информации о состоянии здоровья и рисках возникновения заболеваний. Тесный контакт с врачом и совместная разработка плана профилактики и лечения
ВОЗМОЖНОСТИ БИОТЕХНОЛОГИИ XXI ВЕКА ПРИМЕНИТЕЛЬНО К МЕДИЦИНЕ Биоинформатика Геномика Исходный организм Динамика стоимости секвенирования генома человека: Расшифровка генома • капиллярный электрофорез (2001) – $3000× 106 • капиллярный электрофорез (2007) – $10– 100× 106 Создание новой генетической программы Измененный организм • новейшие технологии – $0, 1× 106 • в перспективе – $1000
СНИЖЕНИЕ СТОИМОСТИ ГЕНОМНОГО СЕКВЕНИРОВАНИЯ
Технология Onco. Finder Система подбора эффективной химиотерапии БИОЛОГИЧЕСКИЙ ОБРАЗЕЦ norm al tissue ВЫДЕЛЕНИЕ ДНК/РНК ТОТАЛЬНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ГЕННОЙ ЭКСПРЕССИИ БИОИНФОРМАТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ cancer АНАЛИЗ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПУТЕЙ И ГЕНОВМИШЕНЕЙ; ПОДБОР ЛЕКАРСТВ ВЫДАЧА РЕЗУЛЬТАТОВ ПАЦИЕНТУ ПЕРСОНАЛИЗИРОВАННАЯ РЕКОМЕНДАЦИЯ Ключевые преимущества системы Onco. Finder: Увеличение в 1, 5 - 2 раза вероятности успешного результата химиотерапии Существенное снижение побочных эффектов, присущих химиотерапии • Уже проведено св. 300 тестов (солидные опухоли, 3 -4 стадии) Снижение финансового бремени лечения и диагностики • Стоимость анализа 60 т. руб. • Опубликовано 25 научных статей
ВАЖНЕЙШИЕ ОБЛАСТИ СОВРЕМЕННОЙ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ 2007 г. Революционный переворот в регенеративной медицине – получение индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (подобных эмбриональным СК) на основе эпигенетического перепрограммирования соматических клеток человека За 4 года появились технологии выращивания клеток миокарда, кишечника, поджелудочной железы, сетчатки глаза, крови, кожи, а также нервные клетки.
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КУЛЬТУРЫ: ОБЩАЯ ПЛОЩАДЬ В МИРЕ (1996 -2014) Дмитрий Дорохов
СОСУЩЕСТВОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СОВРЕМЕННОМ РАСТЕНИЕВОДСТВЕ Сосуществование - признание на государственном уровне равноправия трех типов ведения сельского хозяйства (Директива Европейской Комиссии 2003/556/- 2010/C 200/01) Традиционное земледелие Использование химических средства защиты растений и повышения плодородия почвы Органическое земледелие Использование органических средств защиты растений и повышение плодородия почвы, ограниченное использование химических средств защиты растений Биотехнологическое земледелие Использование сельскохозяйственных культур полученных методами современной биотехнологии и обладающими заданными свойствами Дмитрий Дорохов
СОЗДАНИЕ СИНТЕТИЧЕСКОЙ КЛЕТКИ – ПРИМЕР КОНВЕРГЕНЦИИ НАУК В БИОЛОГИИ Интегративный подход «Сверху-вниз» редукционистский подход Экспериментальные исследования Редукция генома Теоретические исследования Расчет минимального генома 303 минимально необходимых гена Сравнительный подход 387 минимально необходимых генов 470 консервативных ORF Первая жизнеспособная бактериальная клетка содержащая синтетическую хромосому Первая жизнеспособная клетка дрожжей содержащая синтетическую хромосому Клеточная модель M. genitalium Теоретическая минимальная метаболическая сеть «Снизу-вверх» синтетический подход (Annaluru et al. , 2014) Модель «Хемотон» Создание Дизайн Синтез первой полногеномной бактериальной хромосомы «Протоклетки» липидные везикулы
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА БИОЭТАНОЛА ИЗ РАЗЛИЧНОГО СЫРЬЯ
ВИРТУАЛЬНАЯ КЛЕТКА – МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КЛЕТКИ, КОТОРАЯ СПОСОБНА ОПРЕДЕЛЯТЬ ФЕНОТИП НА ОСНОВЕ ГЕНОТИПА Модель микроорганизма как некоего единого объекта – моделируется обмен веществ с окружающей средой + моделирование основных метаболических путей + моделирование процессов биосинтеза Моделирование отдельных физических процессов на уровне отдельных биомолекул (конформационные изменения, транспорт электронов и т. д. ) материальный баланс энергетический баланс +моделирование процессов, связанных с генерацией и переносом энергии +……. + моделирование отдельных реакций, включая реакции с участием ферментов + моделирование метаболических путей и процессов биосинтеза + моделирование отдельных систем, связанных с генерацией и переносом энергии Полная модель микроорганизма, которая включает физико-химические взаимодействия биомолекул
ВИРТУАЛЬНАЯ КЛЕТКА – МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КЛЕТКИ, КОТОРАЯ СПОСОБНА ОПРЕДЕЛЯТЬ ФЕНОТИП НА ОСНОВЕ ГЕНОТИПА Jonathan R. Karr, Jayodita C. Sanghvi, Derek N. Macklin et al. A Whole-Cell Computational Model Predicts Phenotype from Genotype. Cell 150, 389 -401, July 20, 2012
ВИРТУАЛЬНАЯ КЛЕТКА – МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КЛЕТКИ, КОТОРАЯ СПОСОБНА ОПРЕДЕЛЯТЬ ФЕНОТИП НА ОСНОВЕ ГЕНОТИПА Jonathan R. Karr, Jayodita C. Sanghvi, Derek N. Macklin et al. A Whole-Cell Computational Model Predicts Phenotype from Genotype. Cell 150, 389 -401, July 20, 2012
ВИРТУАЛЬНАЯ КЛЕТКА – МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КЛЕТКИ, КОТОРАЯ СПОСОБНА ОПРЕДЕЛЯТЬ ФЕНОТИП НА ОСНОВЕ ГЕНОТИПА §Модель Анализ энергетического баланса клетки показала, что основными потребителями энергии от АТФ и ГТФ являются процессы синтеза м. РНК и белков; §Обнаружена разница в использованной энергией. 44, 3% между теоретически производимой Jonathan R. Karr, Jayodita C. Sanghvi, Derek N. Macklin et al. A Whole-Cell Computational Model Predicts Phenotype from Genotype. Cell 150, 389 -401, July 20, 2012 и
РЕДАКТИРОВАНИЕ ГЕНОМА: ОТ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ К ГЕНОМНОЙ ИНЖЕНЕРИИ Современные методы CRISPR/Cas 9 позволяют проводить локусспецифичное редактирование генома. В сравнении с существующими аналогичными методами (ZFN и TALEN), данный метод обладает следующими преимуществами: §Меньшая стоимость и существенно меньшая трудоемкость; §Позволяет редактировать метилированные участки генома; §Позволяет редактировать участки генома с высоким содержанием GC, что затруднительно при использовании метода TALEN; §Метод активно развивается и уже в 2016 году вышли статьи по методам повышения точности редактирования.
ЧЕТВЕРТАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ: КИБЕР-ФИЗИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ЧЕТВЕРТАЯ ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ: IT + OT
ДРАЙВЕРЫ РАЗВИТИЯ XXI ВЕКА
ПРОЯВЛЕНИЕ ДРАЙВЕРОВ РАЗВИТИЯ ВО ВРЕМЕНИ
«Ни один из предложенных до сих пор методов преобразования солнечной энергии не может этого осуществить так, чтобы капитальные затраты могли оправдаться полученной энергией. Чтобы это было рентабельно, надо понизить затраты на несколько порядков, и пока даже не видно пути, как это можно осуществить» - П. Л. Капица, 1975 г.
2050 Х% ВИЭ ? «Когда возобновляемые источники станут генерировать 70% электроэнергии на рынках, где вы работаете ? ? » -(опрос DNV GL 1600 экспертов из 71 страны, 2015) 50% респондентов – 2030 год 82% респондентов – 2050 год
• Надежные и доступные технологии • Импортозамещение • Глобальное потепление
КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ § Предложена ООН в 80 -е годы XX в. § Разработанная модель предполагала формирование общества, способного сочетать удовлетворение потребностей текущего времени и заботу о сохранении ресурсов для развития грядущих поколений. § Основа концепции - комплексная увязка трёх компонентов: экономического, социального и экологического. § Концепция принята 179 странами (конференция в Рио-де. Жанейро, 1992), но не реализована, в т. ч. из-за отсутствия координации и согласований на межгосударственном уровне, а также из-за непреодоленных противоречий между интересами бизнеса и задачами сохранения окружающей среды.
«ЗЕЛЕНАЯ ЭКОНОМИКА» - РАЗВИТИЕ КОНЦЕПЦИИ «УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ» § Концепция зелёной экономики разработана экспертами ООН для обеспечения более гармоничного сочетания экономического, социального и экологического аспектов с учетом уровня, характера и особенностей экономического развития различных стран мира. Зелёная" экономика должна повышать благосостояние людей и обеспечивать социальную справедливость, существенно снижая при этом риски для окружающей среды и предотвращая истощение природных ресурсов. ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде)
ВАЖНЕЙШИЕ ПРИНЦИПЫ «ЗЕЛЕНОЙ» ЭКОНОМИКИ § Эффективное использование природных ресурсов; § Сохранение и увеличение природного капитала; § Уменьшение загрязнения; § Низкие углеродные выбросы; § Предотвращение утраты экосистем и биоразнообразия; § Рост доходов и занятости. Зеленая экономика рассматривается в контексте борьбы с глобальным изменением климата и выхода из финансовоэкономического кризиса. Приоритетной чертой ее роста является радикальное повышение энергоэффективности. В связи с этим широкое распространение получил термин «низкоуглеродная» экономика.
ЧЕТЫРЕ ПАРАДИГМЫ «ЗЕЛЕНОЙ» ЭКОНОМИКИ Для реализации нового глобального "зелёного" курса развития экономики признано необходимым направить значительные инвестиции на : § повышение энергоэффективности; § разработку возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и более экономичных транспортных средств; § создание условий для устойчивого сельского хозяйства современного управления водными ресурсами. § комплексный дизайн производственных процессов и создание биомиметиков (природоподобных материалов, процессов и технологий) и
ЗЕЛЕНАЯ (БИО-) ЭКОНОМИКА ПОЗВОЛЯЕТ ОБЕСПЕЧИТЬ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РОСТ БЕЗ РАЗРУШЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Исторически всегда существовала прямая связь между экономическим ростом, потреблением энергии и разрушением окружающей среды Традиционные технологии Загрязнение (CO 2 , токсичные химикаты) ое вляем обно ь, воз экология ност ектив ышленная ф Экоэф и пром е сырь Новое поколение технологий (био/нано/инфо) и экопромышленных кластеров Экономический рост (занятость, ВВП)
БИОТЕХНОЛОГИЯ Биотехнология - наука о методах и технологиях производства различных ценных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов (микроорганизмов, растительных и животных клеток), их систем (клеточных мембран, рибосом, митохондрий, хлоропластов и др. ), процессов и продуктов их жизнедеятельности.
СООТВЕТСТВИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ, РЕАЛИЗУЕМЫХ ВЕДУЩИМИ ИНОСТРАННЫМИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМИ ОРГАНИЗАЦИЯМИ, УКРУПНЕННЫМ ГРУППАМ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ И НАПРАВЛЕНИЙ ПОДГОТОВКИ, УТВЕРЖДЕННЫХ ПРИКАЗОМ МИНОБРНАУКИ РОССИИ ОТ 12 СЕНТЯБРЯ 2013 Г. № 1061, В СООТВЕТСТВИИ С РАСПОРЯЖЕНИЕМ ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОТ 20 ИЮНЯ 2014 Г. № 1094 -Р §ПЕРЕЧЕНЬ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ И НАПРАВЛЕНИЙ ПОДГОТОВКИ В СООТВЕТСТВИИ С РАСПОРЯЖЕНИЕМ ПРАВИТЕЛЬСТВА РОССИЙСКОЙ ОТ 20 ИЮНЯ 2014 Г. № 1094 -Р* 4. 14. Промышленная экология и Биотехнологии 4. 15. Техносферная безопасность и природообустройство §ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ПРОГРАММЫ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ** (ВСЕГО 244)
КЛЮЧЕВОЙ ФАКТОР РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОСТЬ И КОНВЕРГЕНТНОСТЬ Вода, почвы, природные ресурсы Растения и др. виды биомассы Продовольствие, корма Биомедицина, биофармацевтика Растениеводство, сельское и лесное хозяйство, органическое земледелие Биоэнергетика, переработка отходов Экология Сырье для химической и фармпромышленности Топливо и энергия Биотехнология Химия Системная биология Информатика/Роботы/Инжиниринг Переработка/Инжиниринг Экономика, Политика, Социальная сфера, Коммуникации и Медиа
КОНВЕРГЕНТНЫЕ НАУКИ – ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОСНОВА БИОЭКОНОМИКИ
РАЗВИТИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ В РФ § Федеральный закон от 28. 06. 2014 г. N 172 -ФЗ «О стратегическом планировании в Российской Федерации» § Стратегия-2030 § Стратегия научно-технологического развития РФ до 2030 года § Стратегии регионов 2030
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УКЛАДЫ
СОВРЕМЕННЫЕ ПРИОРИТЕТЫ РОССИИ § Модернизация экономики. § Инновационное развитие. Энергосбережение и энерго- эффективность. § Экологическая безопасность и решение комплекса социальных проблем, развитие «человеческого капитала» . § Курс на движение в направлении устойчивого развития. Полное соответствие принципам «зеленой экономики»
ВАЖНЕЙШИЙ ИНСТРУМЕНТ МОДЕРНИЗАЦИИ РОССИЙСКОЙ ЭКОНОМИКИ § Курс на «зеленую» экономику – важнейший инструмент модернизации российской экономики, перехода к инновационному, социально ориентированному типу экономики развития. и достижения стратегических целей
РОССИЙСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ДОСТИЖЕНИЕ БАЛАНСА МЕЖДУ ГЛАВНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Традиционная модель Модель устойчивого развития
ЗАДАЧИ РОССИИ ПО ПЕРЕХОДУ К «ЗЕЛЕНОЙ» ЭКОНОМИКЕ § Совершенствование законодательной базы и мер поддержки развития принципов «зеленой» экономики. § Радикальное ресурсов. § Сокращение энергоемкости. Широкое использование ВИЭ. Разработка востребованных технологий и продуктов. § § Обеспечение требований рынка по экологичности товаров и услуг. § § Оценка и распространение региональных инициатив и наработанного опыта. повышение эффективности государственной использования природных Запуск процесса в модельных регионах и адаптация модели зеленого роста применительно к каждому региону. Информированность и заинтересованность всех секторов, включая власть, бизнес и население. АКТУАЛЬНОСТЬ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ
ОСОБАЯ ЗНАЧИМОСТЬ БИОЭКОНОМИКИ ДЛЯ РОССИИ В XXI ВЕКЕ Главный вызов для России в XXI веке ОБЕСПЕЧИТЬ РАВНОМЕРНОЕ, УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ ОГРОМНОЙ ТЕРРИТОРИИ В СЛОЖИВШИХСЯ УСЛОВИЯХ: СНИЖЕНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ НАСЕЛЕНИЯ НЕРАЗВИТОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ Решение проблемы в полной мере обеспечивается развитием БИОЭКОНОМИКИ
ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ И АВТОНОМНОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ Ист. : Фортов В. Е. , Попель О. С. , Энергетика в современном мире, 2010
ОГРОМНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ БИОМАССЫ – ГЛАВНОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО РОССИИ ДЛЯ РАЗВИТИЯ БИОЭКОНОМИКИ
«БИО-2020» КОМПЛЕКСНАЯ ПРОГРАММА РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИЙ В РФ ДО 2020 ГОДА § 24. 04. 2012 г. Правительство РФ утвердило Комплексную программу развития биотехнологии в России до 2020 года ЦЕЛЬ «БИО-2020» Создание в России высокотехнологичного сектора биоэкономики, который наряду с наноиндустрией информационных технологий должен стать базой построения постиндустриальной экономики в стране
ПЛАН МЕРОПРИЯТИЙ (ДОРОЖНАЯ КАРТА) «РАЗВИТИЕ БИОТЕХНОЛОГИЙ И ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ НА ПЕРИОД ДО 2020 ГОДА» (утвержден в 2013 г. ) § Дорожная карта концептуально связана с Программой «БИО-2020» и направлена на развитие внутреннего спроса на биотехнологическую продукцию и создание производственнотехнологической базы для формирования новых отраслей промышленности. § Содержит: • уточненные и актуализированные целевые показатели и индикаторы развития • биотехнологии для реализации стратегической цели – выхода на уровень отечественного производства биотехнологической продукции в размере 1% ВВП к 2020 году и создание условий для увеличения этого показателя до 3% ВВП к 2030 году. предложения профильных министерств и ведомств, участников инновационного процесса по изменению законодательного регулирования, введению новых стандартов и правил оборота биопродуктов, созданию объектов инновационной инфраструктуры, введению новых механизмов поддержки отрасли, организации пилотных проектов в сфере биотехнологии и т. д.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПЛАТФОРМЫ В СФЕРЕ БИОТЕХНОЛОГИИ
БИОЭНЕРГЕТИКА – КЛЮЧЕВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ БИОЭКОНОМИКИ И ОСНОВА РАЗВИТИЯ РЕГИОНОВ §Диверсификация доходов и обеспечение занятости населения в сельских районах §Снижение расходов на энергообеспечение сельхозпредприятий и энерготарифов для населения §Обеспечение автономности/независимости централизованных энергосетей §Снижение для от уровня экологической нагрузки, энергетическая утилизация отходов §Эффективное использование ресурсов биомассы
ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ БИОИНДУСТРИИ В СООТВЕТСТВИИ С ПРОГРАММОЙ «БИО-2020» Промышленная биотехнология § «Производство ферментов» ; § «Биотехнологическое производство аминокислот» ; § «Организация производства глюкозо-фруктозных сиропов» ; § «Производство полисахаридов» ; § «Производство субстанций антибиотиков» ; § «Производство биодеградируемых полимеров» ; § «Создание биотехнологических комплексов по глубокой переработке древесной биомассы» ; § «Перевод предприятий химической промышленности на возобновляемое сырье» ; § «Применение биогеотехнологии в горнодобывающей промышленности» ; § «Глубокая переработка зерновых и других сельскохозяйственных культур» ; § «Развитие принципов биорефайнинга на основе производства целлюлозы» ; § «Производство биотоплива на основе древесных отходов» ; § «Производство ларвицидных препаратов» .
РАЗВИТИЕ БИОИНДУСТРИИ: ПЕРВООЧЕРЕДНЫЕ ЗАДАЧИ ДЛЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ § Создание индустрии глубокой переработки зерна 1 -го передела • объемом 5 млн. тонн зерна (2 -3 завода) - до 2020 г. • 15 -20 млн. тонн (8 -10 заводов) - до 2025 г. Продукты 1 -го передела: клейковина, корма, крахмал (глюкозный и глюкозно-фруктозный сиропы). § Одновременное • развитие технологий 2 -го передела для ферментации глюкозных растворов с целью получения топливного спирта, органических кислот и других химических компонентов, биоразлогаемых пластиков. При реалистичных объемах переработки зерна на 2 -м переделе можно получить 1, 5 млн. тонн/год топливного этанола (5% кислородсодержащей добавка в бензин); 1, 5 млн. тонн органических кислот (лимонной, янтарной, молочной, итаконовой); около 200 -500 тыс. тонн биопластика (полилактида); 40 тыс. тонн лизина. При реализации данного подхода только переработка крахмала даст товарной продукции ~ на 5 млрд. долл. /год, создаст 25 -30 тысяч рабочих мест и выведет РФ на одно их ведущих мест в мире в этой области.
БИОРЕФАЙНИНГ: ГЛУБОКАЯ КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА БИОМАССЫ С ПОЛУЧЕНИЕМ БИОТОПЛИВА И СЫРЬЯ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ «БИОРЕФАЙНИНГ – ПРОМЫШЛЕННАЯ ПЕРЕРАБОТКА БИОМАССЫ С ПОЛУЧЕНИЕМ СПЕКТРА ВОСТРЕБОВАННЫХ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ (БИОТОПЛИВА, ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ И/ИЛИ ТЕПЛО) И БИОПРОДУКТОВ (КОМПОНЕНТЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОЙ И ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, КОРМА И КОРМОВЫЕ ДОБАВКИ, БИОМАТЕРИАЛЫ)» БИОПЕРЕРАБОТКА С ЦЕЛЬЮ ПРОИЗВОДСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ БИОПРОДУКТОВ «Energy-driven biorefinery» «Product-driven biorefinery» Биоматериалы БИОПЕРЕРАБОТКА С ЦЕЛЬЮ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВНЫХ ПРОДУКТОВ Биохимикаты БИОРЕФАЙНИНГ Рыночная стоимость 2 ЦЕЛЕВЫХ СЕГМЕНТА БИОРЕФАЙНИНГА Текущее состояние Моторное биотопливо имеет наименьшую стоимость (по сравнению с другими группами биопродуктов) и наибольший рыночный потенциал. Это объясняется принятием в ряде стран государственных программ по обязательному использованию биотопливных продуктов. Газообразное биотопливо Ист: IEA Bioenergy Task 42 Biorefinery, 2013 Жидкое моторное биотопливо Объем рынка
БИОРЕФАЙНИНГ: СЫРЬЁ – ТЕХНОЛОГИИ – ПРОДУКТЫ
ФАКТОРЫ РАЗВИТИЯ БИОРЕФАЙНИНГА ВЗАИМОЗАВИСИМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ БИОРЕФАЙНИНГА Технологии Продукты БИОРЕФАЙНИНГ Сырье § § Процессы ЦЕЛЕВОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОМАССЫ В МИРЕ Общий объем биомассы – 13 млрд. т § Ист: Nova Institute, 2008 • • По прогнозам ОЭСР к 2030 году до 30% мирового производства компонентов для химической промышленности и полимеров будет производится на основе биотехнологии. Недостатки биопродуктов: высокая себестоимость и зависимость спроса от рыночных цен на нефть и газ. Преимущества производства биопродуктов: возобновляемое сырье; возможность одновременного производства широкой гаммы продуктов (биопродукты и энергоносители – биотопливо, электричество, тепло); экологическая безопасность; значительное содействие территориальному и социальному развитию. Важнейшие меры по стимулированию развития биорефайнинга – лежат в сфере государственного регулирования: • Формирование спроса и развитие рынков биопродуктов и битоплив; • Инвестиции и финансовая поддержка (налогообложение); • Законодательное регулирование.
ПЛАТФОРМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ БИОРЕФАЙНИНГА § Платформенные технологии биорефайнинга классифицируются в зависимости от вида перерабатываемой биомассы, производственных процессов и получаемых продуктов § Классификация биомассы (IEA): • • § многолетние травы крахмалосодержащие культуры (пшеница, кукуруза и др. ) сахаросодержащие культуры свекла, сахарный тростник и др. ) растения, содержащие лигноцеллюлозу (древесина, «быстрый лес» , кустарник, просо и др. ) отходы, содержащие лигноцеллюлозу (сено, солома, отходы деревообработки и др. ) масличные культуры (рапс, подсолнечник и др. ) водная биомасса (пресноводные и морские водоросли) органические отходы (промышленные, бытовые и др. ) Примеры классификации платформенных технологий биорефайнинга: • получение С 6 сахаров из крахмалосодержащего сырья и производство на их основе этанола и кормов • • для животных. получение синтез-газа из отходов, содержащих лигноцеллюлозу и производство на его основе FT-дизеля и бионефти. получение С 6 и С 6/С 5 сахаров и синтез-газа из растений, содержащих лигноцеллюлозу, с последующим производством этанола, FT-дизеля и фурфурола. получение биогаза, тепла, электричества, спрессованной биомассы и волокон на основе переработки травы/силоса и навоза с дальнейшим производством биометана, молочной кислоты, биоматериалов и удобрений. получение биодизеля и глицерина и с дальнейшей переработкой отходов и производством биогаза, биометана , бионефти, электричества и тепла. Ист: IEA Bioenergy Task 42 Biorefinery, 2013
РАЗВИТИЕ БИОРЕФАЙНИНГА – КЛЮЧЕВОЕ УСЛОВИЕ СТАНОВЛЕНИЯ БИОЭКОНОМИКИ § Современное понимание биорефайнинга предполагает опережающее развитие производства биотоплива на основе глубокой переработки биомассы с одновременным получением ценных продуктов с высокой добавочной стоимостью (компонентов для химической промышленности, биополимеров и биоматериалов и т. д. ). § Развитие системы биорефайнинга должно основываться на учете экономических, социальных и экологических потребностей и включать создание полной продуктовой цепочки - от получения сырья – до коммерциализации готовых продуктов. § Биоперерабатывающие заводы должны встраиваться в существующую производственную и логистическую инфраструктуру и быть приближены к источникам сырьевой биомассы. § В социальной сфере основные результаты развития биорефайнинга проявляются в значительном повышении уровня трудозанятости, образовательной и профессиональной подготовки, улучшении экологии и здоровья населения.
ПЛАТФОРМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БИОРЕФАЙНИНГА C ПОЛУЧЕНИЕМ БИОЭТАНОЛА И КОРМОВ
ПЛАТФОРМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БИОРЕФАЙНИНГА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСНОЙ ЩЕПЫ
ПЛАТФОРМЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ БИОРЕФАЙНИНГА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТРАВЯНИСТОЙ БИОМАССЫ И ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ПО ПРОИЗВОДСТВУ АМИНОКИСЛОТ (ШЕБЕКИНО) Первый в России завод по производству аминокислот из зерна пшеницы с помощью ферментации Мощность завода - 35 тыс. тонн лизина в год 67
ГЛУБОКАЯ ПЕРЕРАБОТКА ЗЕРНА – ПУТЬ ПО ПЕРЕХОДУ ОТ ЭКСПОРТА СЫРЬЯ К ЭКСПОРТУ ПРОДУКТОВ С ВЫСОКОЙ ДОБАВЛЕННОЙ СТОИМОСТЬЮ Ист: http: //www. ng. ru/politics/2010 -01 -25/3_kartblansh. html Объем инвестиций 5 -6 млрд. руб. Ежегодная закупка зерна для переработки 3 -4 млрд. руб. Поддержка с/х производителей Объем произведенной продукции на основе глубокой переработки (в год) 15 – 20 млрд. руб Развитие инновационных рынков, импортозамещение, промышленное развитие Трудозанятость 300 человек – полная занятость и 3 тыс. человек – частичная занятость. Решение социальных проблем Биопродукты на основе глюкозы из зернового крахмала, используют в производстве товаров народного потребления. Например: Молочная кислота - производство одежды, пищевой биоразлагаемой упаковки, в фармпромышленности и др. . Янтарная кислота - получение пластиков с повышенной прочностью и термостойкостью, смол, пигментов, пластификаторов, лекарств, хладагентов, антифризов, растворителей, производства синтетических красителей, искусственных и синтетических волокон и нитей и др. Полимер 1, 3 -пропандиол - изготовление ковровых покрытий, внутренней обивки автомобилей. Отличается дешевизной, высокой энергоэффективностью при производстве, меньшим загрязнением окружающей среды. В России сложились все условия для мощного развития глубокой переработки зерна - Государственная поддержка развития биотехнологии; - Потребность в продуктах глубокой переработки зерна; - Высокие урожаи и излишки зерна; - Дешевая электроэнергия (в Китае в 2 -3 раза дороже); - Доступность пресной воды; - Наличие стартовых технологий.
ОСНОВНЫЕ ПРОДУКТЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (МИРОВОЕ ПРОИЗВОДСТВО 2012 Г. ) Объем производства, Млн. тонн/год Стоимость, USD/1 кг Объем производства, Млрд. $ Топливный этанол 100 0, 4 40 Лизин 1, 8 2, 5 4, 5 Ферменты - - 4, 0 Антибиотики - - 2, 5 Глутамат натрия 2, 1 1, 0 2, 1 Лимонная кислота 2, 0 0, 8 1, 6 Треонин 0, 25 3, 0 0, 75 Молочная кислота 0, 4 1, 8 0, 72 0, 006 30, 0 0, 18 Продукты Рибофлавин ФГУП Гос. НИИгенетика, Дебабов В. Г. , 2012 г.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ПРОДУКТЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Реальный объем производства, Млн. тонн/год Объем производства к 2030 г. , Млн. тонн/год Янтарная кислота ~ 0, 03 1, 0 1, 4 - бутандиол ~ 0, 5 1, 8 Полигидроксиалконаты (3 НВ/3 HV) 0, 01 0, 5 1, 3 - пропандиол 0, 05 0, 2 3 – оксипропионовая кислота - 2, 0 Акриловая кислота - 5, 0 0, 07 20, 05 - 0, 01 1, 0 Н - бутанол 0, 3 2, 0 Итаконовая кислота 0, 07 0, 4 Продукты Изобутанол Изопрен ФГУП Гос. НИИгенетика, Дебабов В. Г. , 2012 г.
СХЕМА ЭКОНОМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В БИОРЕГИОНЕ внешние потребители внешние поставщики топливо удобрения ресурсы капитал замкнутая система биорегиона топливо БИО-ЗАВОД домохозяйства предоставление ренты топливо удобрения предоставление ренты трудовые ресурсы биоресурсы отходы товары услуги поставщики товаров и услуг топливо /Био-завод/ с/х продукты /внутреннее потребление/ товары услуги региональные власти сельскохозяйственные предприятия региона капитал с/х продукты /для внешнего потребления/ внешние потребители Особенность биотехнологических производств – создание «обратной связи» : биопроизводство → сельскохозяйственные производители → биопроизводство
НАЧАЛО НОВОЙ ЭРЫ: БИОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИЕ ЗАВОДЫ
ЗАДАЧИ НА БЛИЖАЙШЕЕ ВРЕМЯ § § § Выполнение программы БИО 2020 – разработка БИО 2030 Формирование биорегионов Развитие промышленных биокластеров Участие госкорпораций в биоиндустрии Развитие биотехнологической науки Совершенствование системы биотехнологического образования
БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ ! г. Москва Тел. +7 (499) 196 -7100 (доб. 3244) E-mail: Vasilov_RG@nrcki. ru www. biorosinfo. ru
Скачать презентацию БИОТЕХНОЛОГИЯ 2016 ДОСТИЖЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ Р Г
06aaeb333074834e2643a23842a940cb.ppt