Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
расположенном в 500 км к юго-востоку от Рио-де-Жанейро: при выращивании в
отличных погодных условиях отборных сортов Eucalyptus на площади 50 000
га удалось получить за год 45 т древесины с гектара. Посадочный материал
получали путем вегетативного размножения эксплантатов листьев.
Трудности в использовании древесины или лигноцеллюлозы в качестве сырья
для производства жидких энергоносителей заключаются в том, что
переработка их сложна: ведь для получения такого топлива, как этиловый
спирт, или же такого химиката, как бутанол, необходимы относительно
чистые растворы соответствующих сахаров.
2.4.3. Водоросли и водные растения
Потенциальный урожай биомассы у пресноводных и морских растений весьма
велик, но чрезвычайно большое содержание воды во многих этих растениях
при сборе и сложность сушки на солнце препятствуют использованию их как
топлива путем прямого сжигания. По этой причине наиболее подходящей
технологией переработки водных растений и сырых отходов земледелия в
топливо, корма и удобрения является анаэробная ферментация. Эти растения
просто процветают в сточных водах. Они успешно очищают воду и хорошо при
этом растут. Таким образом, они могут играть двойную роль: улучшать
состояние окружающей среды и служить важным источником энергии.
В ряде стран из водяных гиацинтов получают биогаз. Их стали использовать
для этой цели, поскольку растения эти исключительно быстро растут, причем
на поверхности воды, и их легко собирать. Можно использовать и водоросли,
растущие в прудах, в которых перерабатываются сточные воды, содержащие
органические вещества (которые загрязняют среду и/или требуют больших
затрат на удаление). Такая технология особенно пригодна для стран, где
много солнца и к тому же нередко возникают проблемы переработки жидких
отходов.
Саму идею использовать водоросли и бактерии в биологических системах,
функционирующих за счет энергии солнечного света, нельзя считать новой,
но в последнее время на нее стали обращать больше внимания. Одно из
достоинств микробиологи-
Энергия и биотехнология
55
ческих систем заключается в том, что в зависимости от условий они могут
быть или технологически сложными, или же простыми. Выбор наиболее
подходящей системы определяется местными "за и против", например
соленостью и температурой. Избранные для культивирования виды в этом
случае легко приспосабливаются к окружающей среде.
Многие жидкие и полутвердые отходы - идеальная среда для роста
фотосинтезирующих водорослей и бактерий. При хороших условиях они быстро
наращивают биомассу и осуществляют эффективное превращение солнечной
энергии (3,5%); выход продукции составляет 50-80 т с гектара в год.
Собранные водоросли можно прямо скармливать животным, получать из них
метан или сжигать для получения электроэнергии. При этом одновременно
происходит переработка отходов и очистка воды. По существующим оценкам
затраты на такие системы в условиях Калифорнии составляют 50-75% от
затрат на обычные системы переработки сточных вод. Главная хозяйственная
проблема здесь - затраты на сбор продукции. Ее можно решить, используя
иные виды водорослей, которые легче собирать, и новые технические приемы
"сбора урожая". Для полной переработки жидких стоков сегодня пытаются
применять двухступенчатые водоемы с водорослями. В первом водоеме
выращивают водоросли, которые собирают путем фильтрации, во втором -
азотофиксирующие сине-зеленые водоросли (их тоже легко собирать);
питательные вещества для их роста поступают из первого водоема. Для
увеличения продуктивности можно использовать и промышленные отходы,
включая СОг. Из собранной биомассы путем сбраживания можно получать метан
(в пересчете на энергию- 1,1 МДж на килограмм водорослей), причем отходы
от такой переработки будут содержать практически весь азот и фосфор
биомассы водорослей. Это хорошее удобрение для сельского хозяйства. Один
гектар водорослевых прудов может давать удобрения для 10-50 гектаров
полей.
Путем оптимизации урожаев удается получить в форме метана до 200 КДж с
гектара в год с учетом энергозатрат и потерь при переработке. На широте
30° это соответствует годовой эффективности фотосинтетических процессов,
равной 1,5%.
В Калифорнии средний урожай водорослей составляет более 100 кг сухого
вещества с гектара в декаду. Летом он бывает в три раза больше. При
урожае 50-60 т сухого вещества с гектара в год из него можно получать 74
000 кВт/ч электроэнергии. Были сооружены водорослевые пруды объемом 10е
л, в которых фотосинтез идет равномерно и с эффективностью 2-3%. При
крупных предприятиях по откорму скота и птицы водоросли выращивают в
прудах, куда поступают отходы животноводства. Около 40% азота отходов
фиксируется водорослями, которые
56
Глава 2
затем скармливают животным. В культивируемых сегодня зеленых водорослях
содержится 50-60% белка, а в сине-зеленых, с которыми ведутся опыты,
содержание экстрагируемого белка доходит до 60-70%. Водорослевые пруды, в
