ЕС – Балтия, Латвия, Образование и наука, Технологии, Хорошо для дела, Энергетика

Оценки экспертов не утешительны. Все понемногу кончается. И в том числе — нефть... Ее, видимо, может хватить еще только лет на 40, а то и меньше... 70% всех природных ресурсов углеводородов уже использовано человечеством. При этом интенсивность их применения все время ускоряется, и происходит это слишком быстро. Ученые очень вовремя задумались о том, что же будет дальше. В связи с этим уже сегодня одной из важнейших практических задач стал поиск альтернативы нефти, которая на сегодняшний день используется и для производства горючего, и как основное сырье для производства огромного количества продуктов в химической промышленности.  

Биоэтанол — альтернатива нефти

Одной из основных современных технологий является производство биоэтанола, поскольку он является важнейшим альтернативным источником энергии вместо обычного горючего. На разработку и улучшение технологий производства биоэтанола в развитых мировых державах ежегодно расходуются огромные финансовые ресурсы, и производство спирта растет гигантскими темпами.

Об этом свидетельствуют данные ежемесячного аналитического обзора Американской информационной энергетической администрации о глобальном производстве и потреблении этанола для полной или частичной замены горючего. Так, если в 2000 году было произведено 38,627 тыс. баррелей спирта, то в 2005 году это количество увеличилось до 92,961 тыс. баррелей, в 2009 году достигло 260,424 тыс. баррелей, а в 2014 году — уже 341,419 тыс. баррелей.

Ученые из Латвии разработали новую технологию

Совершенно естественно, что наиболее привлекательными являются те технологии производства спирта, которые используют в качестве основного сырья возобновляемые растительные ресурсы, а еще лучше, если они при этом не будут иметь пищевого значения. Именно этой проблеме посвящены исследования группы латвийских ученых под руководством члена-корреспондента Латвийской Академии наук профессора Александра Рапопорта (Институт микробиологии и биотехнологии Латвийского университета) и академика Латвийской академии наук профессора Николая Ведерникова (Латвийский государственный институт химии древесины). Они поставили перед собой задачу разработать технологии, использующие основные местные ресурсы — отходы сельского хозяйства и лесопромышленного комплекса. В течение последнего года в рамках проекта, финансируемого Европейским Фондом Регионального развития (проект 2014/0026/2DP/2.1.1.1.0/14/APIA/VIAA/002), им удалось показать возможности получения биоэтанола из соломы пшеницы, которая ежегодно в огромных количествах остается неиспользованной в сельском хозяйстве.

Очень важно и то, что это не только «местный» латвийский ресурс, а ресурс, имеющийся практически во всех развитых европейских странах, которые тоже при желании смогут использовать эти уникальные на сегодняшний день разработки. Название проекта латвийских ученых звучит так: «Биотехнологические основы совместного получения биоэтанола и фурфурола из пшеничной соломы». Именно в этом, в совместном получении двух продуктов — этанола и фурфурола, кроется уникальность разработки латвийских ученых.

Что такое фурфурол?

Что такое «этанол» знают все. А что такое «фурфурол»?

Известно, что в настоящее время двумя основными исходными продуктами, которые могут быть использованы в химической промышленности для самых различных синтезов, являются этанол и фурфурол. Около 95% всех производимых в настоящее время синтетических материалов может быть получено при использовании этих двух химических соединений. А все они могут быть получены из возобновляемой биомассы растений.

Принимая во внимание, что этанол, по-видимому, в ближайшем будущем будет использоваться в основном как альтернативный нефти источник энергии, одним из основных заменителей нефти в качестве ресурса для химической промышленоости становится фурфурол. Его и сегодня уже производят в мире в больших количествах из возобновляемого растительного сырья. Из того же самого сырья, из которого можно получать и этанол. И самое интересное — что оба эти продукта можно получать из разных частей этого растительного сырья. Фурфурол — из пятиуглеродных частей, а этанол — из шестиуглеродных.

Казалось бы, все прекрасно! Давайте будем получать оба продукта одновременно! Но вот тут-то и выясняется, что при получении фурфурола необратимо повреждается 40-50% целлюлозы, в результате чего из нее больше не удается получить спирт. А для получения этанола пока все еще не пригодной является пятиуглеродная часть. И это — несмотря на то, что теоретически можно было бы одновременно получать фурфурол как соединение для органических синтезов и этанол для моторного горючего. В результате и этанол, и фурфурол сегодня производятся часто из одного и того же растительного сырья, но на разных заводах по совершенно разным и не связанным между собой технологиям, при которых значительная часть сырья просто безвозвратно теряется. Так было.

Новые возможности уникальной разработки

Но сегодня работа латвийских ученых привела к тому, что все может кардинально измениться. Многолетние фундаментальные исследования академика Николая Ведерникова дали возможность изменить механизм образования фурфурола и устранить при этом необратимые повреждения остающейся целлюлозы.

Микробиологи немедленно воспользовались этим открытием и показали, что действительно субстрат, остающийся после получения фурфурола, может быть эффективно превращен в глюкозу. Для этого он должен быть подвергнут специальной обработке новейшими коммерческими ферментами — целлюлазами, любезно предоставленными для этих исследований компанией DuPont. А потом — все очень просто: осуществляется достаточно «традиционный» микробиологический процесс получения спирта с использованием дрожжей. Правда, и на этом этапе латвийские ученые сумели внести некоторые весьма существенные модификации, позволившие повысить экономическую эффективность этого «традиционного» процесса.

И еще одно новшество было внесено латвийскими учеными. После получения фурфурола и спирта неиспользованным оставался еще один компонент растительного сырья — лигнин. Группа исследователей под руководством доцента Латвийского университета Натальи Матюшковой показала, что его можно эффективно использовать при выращивании модного сейчас гриба шиитаке, который содержит много биологически активных и полезных соединений.

Слово за бизнесом

Таким образом, латвийскими учеными были разработаны биотехнологические основы безотходной последовательной переработки дешевых сельскохозяйственных отходов — соломы пшеницы в ценные, дорогие и крайне нужные продукты — фурфурол, этанол и биологически активные соединения.

Ученые свое дело сделали! Теперь слово за представителями бизнеса. Кто первый захочет воплотить в жизнь эти достижения латвийских ученых?

Но исследователи на этом не собираются останавливаться. Если их новые проекты-предложения будут утверждены, ученые постараются разработать подобные процессы и для других видов сельскохозяйственных отходов, остающихся в больших количествах неиспользованными на полях и в Латвии, и во всех других европейских государствах.