Основы биотехнологии кафедра техносферной безопасности Тюм ГАСУ

Основы биотехнологии кафедра техносферной безопасности Тюм. ГАСУ

План 1. Основные направления использования биотехнологических методов 2. Экологическая биотехнология и ее задачи 3. Получение экологически чистой энергии

Основные направления использования биотехнологических методов § Последние два десятилетия характеризуются выдающимися достижениями биотехнологии, являющейся междисциплинарной областью знаний, базирующейся на: микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии, биофизике, вирусологии, иммунологии, генетике, инженерных науках и электронике.

Основные направления использования биотехнологических методов § Развитие биотехнологии позволяет: существенно интенсифицировать производство, повышать эффективность использования природных ресурсов, решать экологические проблемы, создавать новые источники энергии.

Основные направления использования биотехнологических методов § Внедрение новейших биотехнологий особенно перспективно в тех случаях, когда продукт не может быть получен другими способами или может быть получен в недостаточных количествах, по более высокой цене. Исследования в этом направлении в основном сосредоточены на производстве фармакологических препаратов.

Основные направления использования биотехнологических методов § Большое будущее биотехнологии связано с протоинженерией — технологией изменения свойств природных белков на генетическом уровне, получения новых белков (например, новых стимуляторов роста растений, инсектицидов, активных и устойчивых ферментов, высококачественных пищевых продуктов).

Основные направления использования биотехнологических методов § Большие перспективы связаны с введением в растение комплекса генов, управляющих фиксацией азота. § Применение биотехнологии металлов перспективно для извлечения из руд платины и других драгоценных и стратегически важных металлов, для увеличения извлечения нефти из скважин, удаления серы из угля, метана из шахт.

Экологическая биотехнология и ее задачи § Экологическая биотехнология – это специфическое применение биотехнологических методов для решения проблем окружающей среды, таких, как: переработка отходов, очистка воды, устранение загрязнений

Экологическая биотехнология и ее задачи § Экологическая биотехнология — это новейший подход к охране и сохранению окружающей среды при совместном использовании достижений биохимии, микробиологии, генетической инженерии и химических технологий.

Экологическая биотехнология и ее задачи § Круг проблем, решаемых экобиотехнологией, включает: разработку и совершенствование методологии комплексного химико биологического исследования экосистем вблизи источников техногенных воздействий;

Экологическая биотехнология и ее задачи разработку технологий и рекомендаций по рекультивации почвы, биологической очистке воды и воздуха и биосинтезу препаратов, компенсирующих вредное влияние изменения окружающей среды на людей и животных. применение микроорганизмов для переработки отходов жизнедеятельности человека.

Экологическая биотехнология и ее задачи § В связи с ростом городов и развитием промышленности возникли серьезные экологические проблемы: загрязнение водоемов, накопление ядовитых веществ, в том числе канцерогенных, бытового мусора и отходов, загрязнение воздуха.

Экологическая биотехнология и ее задачи § Многие из созданных человеком низкомолекулярных соединений (ядохимикаты) и высокомолекулярных полимеров оказались устойчивыми и не разлагаются микроорганизмами, т. е. требуется разработка более усовершенствованных технологий.

Получение экологически чистой энергии § Экологически чистую энергию можно получать путем преоб разования солнечной энергии в электрическую с помощью солнечных коллекторов, а также из биогаза и микробного этанола.

Получение экологически чистой энергии А. Биогаз — это смесь из 65 % метана, 30 % С 02, 1 % сероводорода и незначительных примесей азота, кислорода, водорода и угарного газа. § В основе получения биогаза лежит процесс метанового брожения, или биометаногенез — процесс превращения биомассы в энергию.

Получение экологически чистой энергии § Биометаногенез — сложный микробиологический процесс, в котором органическое вещество разлагается до диоксида углерода и метана в аэробных условиях. § Микробиологическому анаэробному разложению поддаются практически все соединения природного происхождения, а также значительная часть ксенобиотиков органической природы.

Получение экологически чистой энергии § В анаэробном процессе биометаногенеза выделяют три последовательные стадии. § На первой стадии под влиянием ферментов ферментативному гидролизу подвергаются сложные многоуглеродные соединения — белки, липиды и полисахариды. Вместе с гидролитическими бактериями функционируют и микроорганизмы — бродилыцики, которые ферментируют моносахариды, органические кислоты.

Получение экологически чистой энергии § На второй стадии (ацидогенез) в процессе ферментации участвуют ацетогенные микроорганизмы, которые ферментируют моносахариды, спирты и органические кислоты с образованием Н 2, С 02, низших жирных кислот, в основном ацетата, спиртов. § На третьей стадии анаэробного разложения отходов образуется метан (СН 4). Он может синтезироваться через стадию восстановления С 02 молекулярным водородом.

Получение экологически чистой энергии § Метановое сбраживание занимает особое место в утилизации отходов. Оно позволяет получать из местного сырья биогаз как локальный источник энергии, а также улучшать качество органического удобрения и защищать окружающую среду от загрязнений. Экологически чистые источники энергии не влияют отрицательно на окружающую среду.

Получение экологически чистой энергии § В зависимости от температуры протекания процесса метановые бактерии разделяют на мезо и термофильные. Оптимальная температура для мезофильных бактерий от 30 до 40 ° С, а для термофильных от 50 до 60 °С. Термофильный процесс метаногенеза идет интенсивнее мезофильного. В этих условиях анаэробной переработки отходов субстрат обеззараживается от патогенной микрофлоры.

Получение экологически чистой энергии § Для получения биогаза можно использовать: отходы сельского хозяйства, испорченные продукты, стоки крахмалперерабатывающих предприятий, жидкие отходы сахарных заводов, бытовые отходы, сточные воды городов и спиртовых заводов.

Получение экологически чистой энергии § Процесс проводится при температуре 30 60 °С и р. Н 6 8. Этот способ получения биогаза широко применяют в Индии, Китае, Японии. § В настоящее время для производства биогаза чаще используют вторичные отходы (отходы животноводства и сточные воды городов), чем первичные (отходы полеводства, пищевой, легкой, лесной и других отраслей).

Получение экологически чистой энергии § Основное преимущество биогаза состоит в том, что он является возобновляемым источником энергии. Его производство будет так же длительно, как существование жизни на Земле.

Получение экологически чистой энергии Б. Производство этанола. Энергию можно получать из растений, богатых углеводами, превращая их в спирт (этанол). К ним относятся сахарный тростник, сахарная свекла, картофель, стебли кукурузы, злаки. Большое количество этанола получают из гидролизатов древесины лиственных пород или из сульфитных щелоков — отходов бумажных фабрик.

Получение экологически чистой энергии § При переработке сахарного тростника его тщательно давят, целлюлозу (жом) отделяют от сладкого сока и сжигают, а сок концентрируют, стерилизуют и подвергают брожению. Этот раствор отделяют от твердых компонентов и далее из 8 10% го спиртового раствора путем перегонки получают этанол.

Получение экологически чистой энергии § Из оставшейся жидкости (стиллаж) после соответствующей переработки извлекают компоненты органических удобрений с выходом 2 3 %. § «Барду» (кубовой остаток) после перегонки используют в качестве корма для сельскохозяйственных животных.

Получение экологически чистой энергии § Этанол можно смешивать с бензином в соотношении 1: 9 (или даже 1: 4) и заправлять им машины. В США широко применяют смесь из 6 9 г бензина и 1 г этанола (газохол). § Рост производства этанола связан с широтой его применения в химической промышленности. Он прекрасный растворитель. Этанол служит также субстратом для синтеза многих красителей, лекарственных препаратов, смазочных материалов, клеев, моющих средств, взрывчатых веществ и смол для производства синтетических волокон.