В настоящее время мир сталкивается с огромным количеством различных проблем. Быстро растущее население человеческого и, как следствие, рост спроса на продукты питания, энергии и воды, являются наиболее серьезными. Кроме того, антропогенное изменение климата представляет собой серьезную угрозу для человечества и требует, чтобы мы значительно сократили выбросы парниковых газов, чтобы избежать вредных последствий для Земли. Только использование новых технологий позволит нам преодолеть разрыв между экономическим ростом и экологической устойчивостью в долгосрочной перспективе. В течении многих дискуссий с участием многих заинтересованных сообществ, химических веществ на Всемирном экономическом форуме в 2008 и 2009 годах, промышленные биохимические цели, были определенны в качестве одного из возможных решений, которые могут помочь смягчить угрозу изменения климата и, казалось бы, безграничный спрос на энергию, топливо, химические вещества и материалов.
Биозаводами являются объекты, которые преобразуют биомассы, биологические материалы из живых или недавно живших организмов в топливо, энергию, химические вещества и материалы. На сегодняшний день отрасль по-прежнему находится в зачаточном состоянии, и большинство заводов по переработке биологических веществ второго поколения (с использованием целлюлозного материала) только, как ожидается, будет готова для крупномасштабного промышленного производства в течение нескольких лет. Ландшафт активных игроков довольно разрозненный и фрагментный со многими сравнительно небольшими технологическими игроками, но есть все большее число крупных игроков начинающих свое капиталовложение. Два основных промышленных направляющих, дополняющих энергетическую безопасность и охрану окружающей среды, являются мандаты и политики.
Стандарты требуют, чтобы поставщики топлива снизили выбросы парниковых газов топлива, которые они продают, чтобы добиться снижения на 10 % интенсивности углерода транспортных средств к 2020 году, кроме того, возобновляемые источники топлива стандартизованы в США и устанавливают порог выбросов, которые включают в себя прямые и косвенные выбросы в результате изменений в землепользовании. Независимо от этих законодательств на основе региональных различий в статусе промышленного коммерциализации, как правило, рынки для продуктов биологического происхождения, как ожидается, возрастет очень сильно во всем мире в течении нескольких лет, этому способствуют четыре фактора. Во-первых, экономика ископаемых на основе продуктов ухудшается, поскольку обычные нефти ресурсы становятся скудными. Во-вторых, растущая потребность в национальной энергетической безопасности и геополитической безопасности. В-третьих, общественное давление для обеспечения экологической устойчивости возрастает в связи с увеличением экологического сознания. В- четвертых, быстрый рост населения будет стимулировать спрос, поддерживаемый ростом экономических устремлений развивающихся стран. Эти фундаментальные тенденции вызвали огромный интерес к био-продуктам, сделав их повесткой дня для большинства игроков в различных отраслях промышленности. В сельском хозяйстве, например, новые экономические возможности будут выходить из растущего спроса на биомассу.
В химической промышленности, на биологической основе инновационных продуктов за пределами обычных нефтепродуктов на основе семейства продуктов, деревья будут давать преимущество игрокам, которым удается найти нужные молекулы и вставить их в существующие или новы цепочки добавленной стоимости. В автомобильной и авиационной промышленности, корпорации рассматривают биотопливо в качестве важного средства для снижения выбросов парниковых газов своих флотов для выполнения региональных или национальных правил, в то время как коммунальные платежи делают большие инвестиции в расширение своих возобновляемых генерирующих активов, с биомассой заняв третье место после солнечных и ветровых инвестиций. Несмотря на большое значение био-продуктов для многих отраслей промышленности, эксперты по-прежнему видят многочисленные технические, стратегические и коммерческие проблемы, которые необходимо преодолеть, прежде чем какой-либо крупномасштабной коммерциализации отрасли добившейся успеха. Самое главное, что биохимическое развитие имеет наилучшие технологии (для фрагментации, газификации и химического превращения, а также для предварительной обработки и хранения), чтобы гарантировать, что продукты биоматериалов безубыточны. Это потребует согласованных действий многих нетрадиционных партнеров- таких как, переработчики зерна, химических компаний и технологических игроков, чтобы охватить все аспекты сложной цепочки добавленной стоимости биомассы, от производства сырь до конечного пользователя. Другой важной задачей является необходимость инфраструктуры (цепочки поставок и распределительной инфраструктуры) и поднятие необходимых капитальных затрат, что как правило, за пределами финансовых возможносте1й отдельных частных компаний, и следовательно, может потребовать финансовой помощи от государства. Компании в значительной степени подвергаются ископаемому сырью и топливу, стоит необходимость разработки нефтяной замены, чтобы управлять своими рисками, а также изучить новые возможности для бизнеса.
Биопродукции могут быть изготовлены из различных исходных материалов. Тем не менее, в настоящее время нет исходного сырья или процессов, которые сделали бы это четкой альтернативой ископаемым источникам на основе продуктов. Есть много вариантов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Две категории сырья доминирующие: первого и второго поколения. Продукты первого поколения производятся из съедобной биомассы, такие как крахмал, богатых или масляных растений. Продукты второго поколения используют биомассу, состоящую из остаточных частей непищевых текущих культур или других непищевых, таких как многолетние травы или водоросли. Они широко рассматриваются, как обладатели значительно большим потенциалом, чтобы заменить ископаемое на основе продуктов. Например, сахар или крахмал. Сахарные культуры, такие как сахарный тростник или сахарная свекла, хранят в себе большое количество сахарозы, которая может быть легко извлечена из растительного материала для последующей ферментации в этанол или бои- химические вещества. Также используется и растительное масло. Растительное масло в основном используется для производства биодизельного топлива путем переэтерификации. Есть две категории: Чистые натуральные растительные масла и отходы растительного масла. Чистые растительные масла вытекают из специализированных масличных культур, таких как пальмы, сои, рапса и семян подсолнечника. Производство этого ограничивается только сельскохозяйственным потенциалом страны. Использование отходов растительного масла, например, масло для жарки или животный жир, является эффективным способом утилизации наших ежедневных отходов. Тем не менее, это действительно нуждается в доработке, а также гидрирование, чтобы стать полезным биодизельным топливом. Устойчивое экономическое производство биодизельного топлива из растительных масел доказало вызов. Это связано со значительными проблемами изменения землепользования и устойчивости в результате чистого производства растительного масла, а также высокие издержки, связанные с уточнением отработанного масла из-за его неизбежной примеси. Топливо, полученное из растительного масла, в настоящее время широко используется, тем не менее, его использование может быть наиболее эффективным в качестве добавки к другим формам энергии, а не в качестве основного источника. Лингноцеллюлозная биомасса. Биомассы лингноцеллюлозы относится к несъедобным растительным материалам, главным образом, состоящих из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Признано, что этот тип второго поколения сырья будет использоваться для производства биотоплива и биохимических веществ в будущем с использованием различных конверсионных технологий. Тем не менее, более трудно превратить лингноцеллюлозной биомассы в работоспособную продукцию, чем другие виды биомассы, основная причина этого заключается в том, что защитный экран из гемицеллюлозы и лигнина, который окружает целлюлозу должен быть разрушен, что является весьма энергоемким процессом.
Методы преобразования. В зависимости от исходного сырья и желаемых результатов, биохимические используют различные технологии конверсии, превращая сырую биомассу в коммерческие источники энергии. Они наиболее часто включают в себя брожение, газообразование и переэтерификации. Новые и менее традиционные методы постоянно исследуются, в частности, в разработке синтетического биотоплива. Новые химические вещества и материалы, полученные из биомассы также в настоящее время доступны, но гораздо менее развиты на коммерческом уровне по сравнению с топливом.
Брожение сахар-крахмалистых культур. Ферментация растворов сахаров, происходящих из крахмала либо культур или лингоцеллюлозного материала, требует предварительной обработки исходного материала, чтобы освободить сахара и растительные материалы. Крахмал обычно гидролизуются ферментативно доставляя растворы сахаров, а затем микробная стадия ферментации при производстве биоэтанола. Сахарные культуры, такие как сахарный тростник может быть непосредственно ферментированный для производства этанола.
При использовании лигноцеллюлозной биомассы, переработки сырья необходимо отделить целлюлозу и гемицеллюлозу материал из не ферментируемой лигнин, которые сильно связаны ковалентными поперечными связями. Обычно это делается механически, с последующим кислотным, щелочной или паровой обработкой. В то время как лигнин в настоящее время в основном сжигается для доставки энергии, целлюлозную и гемицеллюлозу, компоненты гидролизуются ферментативно поставляя растворы сахаров, с последующей ферментацией.
Транс-этерификация триглицериды. Переэтерификации растительных или водорослевых масел представляет собой стандартизованный процесс, с помощью которого триглицериды взаимодействуют с метанолом в присутствии катализатора для доставки метиловых сложных эфиров жирных кислот и глицерин. Отработанное растительное масло также может быть преобразовано, но требует доработки. Обе кислоты и щелочные катализаторы могут быть использованы, хотя щелочки при катализе реакция протекает в 4000 раз быстрее, чем в той же реакции с кислотой. Основные проблемы связанные с использованием триглицериды в качестве дизельной замены, как правило, является высокая вязкость, низкая летучесть и полиненасыщенный характер. Переэтификация представляет собой способ снижения вязкости триглицеридов и повышение физических свойств топлива.
Подводя итог вышесказанному, человечеству стоит задуматься, о своём будущем, так как земля все больше и больше загрязняется, нам стоит развивать новые технологии, для того чтобы в будущем человечество могло прожить без не возобновляемых источников энергии. В данную отрасль стоит уделить должное внимание для наилучшего будущего.
Литература:
1. «Исследования в области ферментативного катализа и инженерной энзимологии», Березин И. В.
2. «Расчет процессов микробиологических производств», Быков А. В., Винаров А. Ю., Шестобитов В. В.
3. «Топливный Биоэтанол, Химия», статьи с химического конгресса 2007
4. Николас Карр «Великий переход: что готовит революция облачных технологий»
