4. Заключение.

В заключении хотелось бы отметить наиболее перспективные исследования в биотехнологической переработке отходов производства для получения хозяйственно полезной продукции.

Производство этанола (или фруктозы) проис­ходит в несколько ферментативных стадий. Уча­ствующие в этих процессах ферменты часто ис­пользуются однократно. Чтобы повысить эффективность ферментативных реакций и снизить стоимость процессов, исследователи за­нимаются клонированием и исследованием свойств бактериальных генов, кодирующих тер­мостабильные, обладающие высокой каталити­ческой активностью и устойчивые к действию спирта ферменты.

Для повышения эффективности промыш­ленного производства этанола в бактерию Zymomonas mobilis были введены гены, благодаря экспрессии которых она могла использовать в ка­честве источника углерода широкий спектр соеди­нений. Предприняты первые шаги на пути созда­ния штаммов Lactobacillus plantamm, способных эффективно расщеплять крахмал, содержащийся в большом количестве в такой важной сельскохо­зяйственной культуре, как люцерна.

При переработке растительного материала часто образуется большое количество лигноцеллюлозных отходов, которые раньше не находили применения. Сейчас лигноцеллюлоза служит сырьем для получения углеродсодержащих со­единений, в первую очередь глюкозы, которые можно использовать в других процессах. Лигно­целлюлоза — это комплекс из лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы, не подверженный дейст­вию ферментов без предварительной обработки. Проводимые в последнее время исследования были направлены в основном на изучение меха­низма расщепления целлюлозы с образованием глюкозы. Клонированы и охарактеризованы ге­ны эндоглюканаз, экзоглюканаз и Р-глюкозидаз многих микроорганизмов, но пока не определен набор ферментов, осуществляющих масштабное эффективное расщепление целлюлозы in vitro.

Лекция 13 Матюхина К.

Матюхина К. гр. 430861

Получение экологически чистой энергии. Человечество  потребляет для  своих нужд громадное количество энергии, и потребности в ней пока увеличиваются вдвое каждые 25 лет. За девяносто лет, прошедших   с   начала   прошлого   века, энергопотребление выросло более чем в12 раз. Соответственно выросла и добыча энергетических ресурсов - угля, нефти, природного газа, гидроэлектроэнергии, Появилась атомная энергетика, но главное место в общем балансе по-прежнему занимают нефть, природный газ и уголь, имеющие, примерно, равное значение. Прошедший в конце 70-х - начале 80-х годов энергетический кризис показал, что запасов энергетики полезных ископаемых не так уж и много, и, хотя острота этого  вопроса пока спала, пришлось серьезно задуматься над будущим энергетики. Но еще острее стоит вопрос об экологии энергетики. Уже сегодня  многие страны, в том числе развитые капиталистические, вынуждены довольствоваться низкокалорийными топливами - бурыми углями, сланцами,  торфами.  Эти  виды топлив дают высокий процент отходов, бурые угли содержат много серы; сернистый газ и выброс золы в атмосферу ужасающе загрязняют окружающую среду. Гидроэнергетика, «благодаря» плотинам, привела к уничтожению рыбных ресурсов и нарушила баланс воды. Гибнут реки и леса. Токсичные выхлопы транспорта и выбросы в атмосферу заводских труб, тепловых электростанций и теплоэнергоцентралей отравляют воздух. Если так дело пойдет и дальше, то скоро буквально нечем будет дышать. Много надежд   возлагалось совсем недавно на атомную энергетику. Однако события в Чернобыле и на некоторых других атомных станциях в СНГ и за рубежом показали, чего она может стоить. Конечно, можно надеяться, что найдутся более безопасные,   надежные   и   безотходные методы получения атомной энергии. Ноне преувеличены ли эти надежды?      А с другой стороны, что делать? Много десятков лет делаются попытки освоить термоядерный синтез. С начала пятидесятых годов ведутся интенсивные работы в этом направлении, вложены громадные средства, созданы комитеты, проведено несметное количество заседаний и конференций международного уровня,  написаны диссертации, разработаны программы и созданы специальные заводы, обслуживающие эти программы.  Даже получена «устойчивая» плазма, которая держится целую 0,01 секунды. Все есть, нет только термояда –термоядерного способа получения дешевой энергии из океанского дейтерия, которого так много! И никто не знает, когда термояд будет и будет ли вообще. Сейчас срочно начали прорабатываться альтернативные способы  получения энергии, на которые раньше не обращали внимания. Ветроэнергетика. Энергия океанских волн и приливов. Солнечная энергия. Энергия тепла Земли и термальных источников. Есть даже предложение об использовании в качестве топлива сероводорода, растворенного в водах Черного моря. Эти источники заслуживают самого пристального внимания. Многие   из них экологически чисты. Но в том объеме, в котором требуется энергия уже сегодня, не говоря о будущем, они вряд ли заменят нефть, газ и уголь. Кроме того, они неудобны: например, в автомобилях и в авиации их использовать затруднительно. Не отрицая полезности всего, что делается в области энергетики, хотелось бы обратить внимание на возможности, которые дает эфиродинамика. Но для того, чтобы понять эти возможности, надо сначала вспомнить о том, что иногда по Земле проносятся циклоны с сумасшедшими ветрами и даже ураганами и смерчи - естественные газовые вихревые образования, обладающие громадной неуправляемой энергией. Интересно бы знать, откуда они ее берут, эту энергию, и нельзя ли как-нибудь ее приспособить для пользы человечества. Смерчи Смерчи - одно из самых загадочных явлений природы. Ни причины образования смерчей, ни огромная все сокрушающая их энергия не нашли до сих пор какого-либо удовлетворительного объяснения, Мэттунский смерч, прошедший над штатами Иллинойс и Индиана 26мая 1917 г., имел длину пути более 500 км при продолжительности 7 ч. 20 мин. Ширина его составляла от 400 до 1000 м. Погибли 110человек. Знаменитый   смерч  трех  штатов   18 марта 1925 г. прошел путь длиной 350 км.  Он держался 3,5 часа и оставил после себя площадь разрушений в 426 квадратных километров. На   территории   СНГ   также   бывают смерчи, хотя и значительно реже, чем в южных штатах США. Как устроен смерч? Каких-либо прямых измерений нет. Это связано с неожиданностью возникновения смерча, а также с опасностями проведения вблизи него каких бы то ни было работ. Свидетельства   очевидцев дают основу для того, чтобы сделать заключение о его строении и предположить механизм, благодаря которому смерч стал обладателем столь громадной энергии. Смерч напоминает трубу, внутри которой давление существенно ниже атмосферного. Как внешняя, так и внутренняя стороны стенки гладкие, исключение составляют низкие широкие смерчи, структура которых практически не установлена. Скорость движения стенки смерча составляет сотни километров в час, называют даже сверхзвуковые скорости, то есть скорости, превышающие 1200 км/ч. Сам же смерч передвигается с меньшей скоростью, составляющей десятки километров в час, иногда до ста километров в час, но это уже редкость. Если тело смерча обладает, так сказать, боковой разрушительной силой, то перепад давления внутри смерча вызывает взрыв домов изнутри. Тело, попавшее в стенку смерча, продолжает вращаться вместе со стенкой, хотя,  казалось бы, центробежная сила должна была бы выбросить захваченные предметы. Внутри  смерча поток воздуха движется вниз, в стенках вихря - по спирали вверх. Засасывающая сила смерчей огромна. Переносятся бревна, большие животные, даже предметы, вес которых превышает 100 т. Но вот уже простой кирпич смерч поднять не в состоянии - слишком мала его поверхность, приходящаяся на единицу массы.  Если внимательно рассмотреть фотографию смерча, то видно, что по всей его поверхности проходит тонкий беловатый слой. Дело в том, что между телом смерча и окружающей его средой возникает пограничный слой. Пограничный слой в газе обладает особыми свойствами. В нем перераспределяется энергия между поступательными диффузионным движениями газа, в нем максимальный перепад скорости струй газа - градиент скорости. А чем больше градиент поступательной скорости струи газа, тем меньше энергии остается на долю диффузионного движения, тем ниже становится ее температура, тем  ниже вязкость. Поэтому в пограничном слое температура понижена, следовательно, понижена и вязкость, пропорциональная температуре. Получается, что смерч вращается как бы в подшипнике скольжения, отделяющего его от остальной атмосферы. Этот подшипник уменьшает рассеивание энергии и тем самым обеспечивает устойчивость смерча. Поскольку давление в газе пропорционально температуре, то давление в пограничном слое падает. При этом туда устремляются внешние массы воздуха, в результате давление выравнивается за счет плотности, которая в пограничном слое выше, чем в свободном газе. На поверхности вихря уравновешены три силы: сила внутреннего давления и центробежная сила, действующие изнутри наружу, сила внешнего давления, действующая снаружи внутрь. Силы в установившемся движении строго компенсируют друг друга, однако при формировании вихря такого равновесия нет. Поскольку стенки вихря плотные, закон их вращения близок к закону вращения твердого тела. Это значит, что центробежная сила увеличивается с увеличением радиуса. Но стенки вихря - это все же уплотненный газ, а не жидкость и не твердое тело, а в газе силы сцепления молекул между собой практически отсутствуют. И, следовательно, как только для элемента газа, находящегося на поверхности вихря, сумма внутренних сил, включая центробежную, превысит силу внешнего давления, этот элемент газа будет выброшен из тела вихря. Поэтому в вихре всегда силы внутренние меньше или равны внешней силе. Когда вихрь формируется, сила внешнего атмосферного давления превышает внутренние силы, и тело вихря начинает сжиматься внешним давлением. Это хорошо  видно  из  фотографий  вихрей, возникающих перед авиационным двигателем. При площади воздухозаборника порядка 1 м² площадь возникающего перед ним вихря составляет 40-60 см². При сжатии тела вихря внешняя среда - атмосфера - совершает работу. Если элемент газа движется по окружности, то силы, действующие вдоль радиуса, не дадут проекции на траекторию, Но элемент газа в сжимающемся вихре движется по спирали, вписанной в окружность, поэтому дополнительная сила, сжимающая тело вихря, даст проекцию на направление траектории движения газа, и стенка вихря начнет ускоряться. При этом реализуется известный закон сохранения количества движения: L=mvR=constилиv=L/mR. По мере сжатия вихря центробежная сила, действующая на единицу объема газа, могла бы уменьшиться, но на самом деле она остается постоянной некоторое время, поскольку окружная скорость растет, газ из внутреннего пространства отбрасывается к стенкам, и давление внутри вихря падает. В результате процесс самопроизвольного сжатия тела вихря продолжается до тех пор, пока газ в стенках не уплотнится до некоторой критической величины. Но к этому времени вихрь уже набрал и крепость, и силу: ведь если его радиус уменьшился в 10 раз, то скорость движения стенки возросла в 10, а энергия в 100 раз! Плотность же стенки возросла примерно тоже в 100 раз - ведь площадь пропорциональна квадрату радиуса. Это значит, что на неподвижное тело, попавшее в стенку вихря, будет действовать сила в 10 тысяч раз больше той, которая действовала бы на него в момент образования вихря. И если эта сила в начальный момент составляла, допустим, всего 1г, то после сформирования вихря она составит уже 10 кг. При площади 1 см² для создания силы в начальный момент требовалось бы всего изменения давления за счет ветра 0,001 атм. А в сформированном вихре на тот же предмет действовало бы давление в 10 атм. На площадь в 1 м²пришлась бы сила в 100 т. Немудрено, что никакие конструкции не могут выдержать подобного напора! Из сказанного следует, что атмосферные вихри - смерчи и циклоны – это природные машины по переработке потенциальной энергии атмосферы в кинетическую энергию вихрей. При этом над каждым атмосферным вихрем трудится вся  атмосфера  планеты. В результате происходит самопроизвольная концентрация энергии из рассеянной в локальную, так называемая энергоинверсия, Атмосферные, вообще газовые вихри наглядно демонстрируют   неправомерность распространения второго начала термодинамики на   все  случаи жизни. Процесс формирования газовых вихрей идет явно под знаком не роста, как везде, а снижения энтропии. Этот процесс происходит аналогично тому, как формируются любые газовые вихри, с той лишь разницей, что протоны - это не линейные вихри типа смерчей, а тороидальные, типа дымовых колец. Но и там и здесь происходит самопроизвольное сжатие тела вихрей окружающей средой; и там и здесь происходит концентрация энергии в теле вихря; и там и здесь происходит процесс самопроизвольного преобразования потенциальной энергии среды в кинетическую энергию вращения тела газового вихря, В принципе, можно было бы использовать кинетическую энергию стенок прото­на, которая весьма внушительна, - полная энергия каждого протона составляет несколько более 3∙10¹⁵ Дж, т. е. столько, сколько ее содержится в трех мегатонных бомбах. Эта энергия превышает значение, высчитанное по формулам специальной теории относительности, в 1026 раза (формулы СТО не имеют никакого отношения ни к каким процессам, кроме электромагнитных, да и то весьма относительно). Если бы можно было технически использовать такую энергию, то тогда действительно энергетическая проблема была бы решена. Однако протон - слишком устойчивая структура. Его пограничный слой, толщина которого составляет всего лишь 10^-16 м, является броней, которую технически пробить невозможно, по крайней мере, сейчас. Следовательно, нужно найти что-то другое, такое материальное образование, которое использовало бы те же принципы, но было бы не столь устойчиво. И такие материальные образования существуют в природе – это шаровые молнии. Шаровая молния Шаровая молния - это одиночная ярко светящаяся относительно стабильная не­ большая масса, которая наблюдается в атмосфере, плавающая в воздухе и перемещающаяся вместе с потоками воздуха, содержащая в своем теле большую энергию исчезающая тихо или с большим шумом типа взрыва и не оставляющая после своего исчезновения никаких материальных следов, кроме тех разрушений, которые она успела натворить. Обычно возникновение шаровой молнии связано с грозовыми явлениями и естественной линейной молнией. Но это не обязательно. Известны случаи, когда шаровая молния выскакивает из обычной штепсельной розетки, из магнитного пускателя, укрепленного на токарном станке. Также были случаи внезапного появления шаровой молнии на крыле летящего самолета, устойчиво перемещающейся по крылу от его конца к фюзеляжу. Каковы же свойства шаровых молний, почерпнутые из наблюдений за их поведением? Попробуем их перечислить: размер устойчивой шаровой молнии составляет от единиц до десятков сантиметров; форма - шарообразная или грушевидная, но иногда расплывчатая, по форме прилегающего предмета; яркая светимость, видимая в дневное время; высокое энергосодержание - 10³- 10⁷ Дж (однажды шаровая молния, забравшись в бочку с водой, испарила 70 кг воды); удельная масса, совпадающая практически с удельной массой воздуха в районе появления (шаровая молния свободно плавает в воздухе на любой высоте); способность прилипать к металлическим предметам; способность проникать сквозь диэлектрик, в частности сквозь стекла; способность деформироваться и проникать в помещения через малые отверстия типа замочных скважин, а также сквозь стены, по линиям проводов и т. п.; способность взрываться самопроизвольно либо при соприкосновении с предметом; способность поднимать и передвигать различные предметы; а также некоторые другие  свойства, менее существенные.    С точки зрения эфиродинамики шаровая молния - это тороидальный винтовой вихрь слабо сжатого эфира, отделенный пограничным слоем эфира от окружающего эфира. Энергия шаровой молнии- это энергия потоков эфира в теле молнии. Численные оценки показывают, что при диаметре 6 см и энергосодержании в 10⁷Дж, при толщине стенки тороида 1 см и      при начальном диаметре эфирного шара60 м (граница магнитного поля в момент прохождения   обычной   молнии) общая энергия за счет сжатия шара окружающим эфиром возрастет пропорционально квадрату отношения начального и конечного диаметров, т. е. в миллион раз! То есть для обеспечения энергосодержания шара с энергией в десять миллионов джоулей достаточно, чтобы начальное содержание энергии в потоках эфира было всего десять джоулей. При этом за счет сжатия плотность тела молнии также возрастет в миллион раз и составит 10^-5 кг/м³. Общая масса молнии при этом составит 10^-9кг или 1 мкг, в то время как масса воздуха в этом объеме при давлении в 760 ммрт. ст. будет равна 100 мг, т. е. в 100 тысяч раз больше. Вот поэтому шаровая молния и держится в воздухе на любой высоте за счет сцепления эфирных потоков тела молнии с эфирными же потоками тел молекул воздуха.     Высокое   энергосодержание   молнии будет обеспечиваться соответствующей скоростью потоков эфира в ее теле. Для указанного энергосодержания она должна составить 1,4∙10⁷ м/с, что значительно меньше скорости света .Свечение воздуха - это несущественное следствие возбуждения молекул воздуха потоками   эфира,   сопутствующее, энергетически незначительное явление. Таким образом, все эфиродинамические параметры шаровой молнии весьма умеренные. Саму молнию можно трактовать, с определенными натяжками, конечно, как сильно сжатое и локализованное в пространстве магнитное поле. Сложно видеть, что предлагаемая модель позволяет объяснить все основные свойства шаровой молнии, исключая, разве что, исчезновение браслета с руки человека (действительный случай), - размер, форму, светимость, высокое энергосодержание, удельную массу. Способность прилипать к металлам объясняется наличием градиента скоростей в потоках эфира вблизи металла и снижением в связи с этим давления эфира между телом молнии и металлом. Тем же объясняется и подъемная сила молнии. Случай с летящим самолетом, когда шаровая молния прилипла к крылу, объясняется этим же. Потоки эфира возбуждают молекулы газа, которые прекращают свечение, как только они покидают тело молнии. Потоки эфира свободно проникают сквозь изолятор аналогично магнитному полю. Поскольку свечение воздуха является попутным явлением, то понятно, что воздух, выйдя из тела молнии, светиться перестанет, а после того, как молния окажется по другую сторону изолятора, например оконного стекла, новая часть воздуха, попавшая в ее тело, начнет светиться, создавая впечатление, что сквозь стекло прошло именно само свечение. Взрыв автономно существующей шаровой молнии несложно объясняется потерей устойчивости  пограничного слоя эфира, что может быть ускорено соприкосновением тела молнии с каким-нибудь предметом. После взрыва никаких следов от молнии, кроме произведенных разрушений, не должно остаться, - реально их и нет. Таким образом, эфиродинамическая модель шаровой молнии объясняет практически все основные свойства шаровой молнии в совокупности. Шаровая молния, возможно, является ключом к разрешению энергетической проблемы. Поскольку  при  сжатии тела  молнии эфиром происходит самопроизвольный переход потенциальной энергии эфира (хаотического движения амеров) в кинетическую (упорядоченное движение аме зможное  совпадающая ров), то шаровая молния является природным механизмом получения энергии из эфира. А поскольку эфир распространен повсеместно, то искусственные шаровые молнии позволили бы полностью решить проблему бес сырьевого получения экологически чистой энергии в том количестве, которое необходимо в данном месте в данное время, Как можно получить шаровую молнию? Этого сегодня практически не знает никто. Можно, однако, высказать некоторые предположения. Если по проводнику пропустить ток, а затем его резко оборвать, то окружающее проводник магнитное поле должно само­произвольно сжаться, локализоваться и образовать тело шаровой молнии. Однако такое схлопывание произойдет лишь в том случае, если будут созданы условия образования градиентного течения эфира на поверхности магнитного поля, если форма магнитного поля будет приближена к шаровой и если ток в проводнике будет оборван так резко, чтобы магнитное поле не успело спрятаться обратно в проводник. Все это требует крайне коротких фронтов импульсов, длительность которых не должна превышать десятых долей наносекунд при значениях токов в проводнике в десятки тысяч ампер. Электронные ключи, которые должны все это обеспечить, должны не только прерывать такие большие токи, но еще и противостоять электродвижущей силе самоиндукции в десятки и даже сотни киловольт, а собственная емкость этих ключей не должна превышать единиц пикофарад. Электронные ключи с подобными параметрами пока не созданы, и неизвестно, можно ли их вообще создать. Естественно, приходит на ум в качестве таких ключей использовать газовые или вакуумные разрядники. Но и разрядников с такими параметрами тоже не существует. Однако природа как-то умудряется обходиться и без электронных ключей, и без разрядников, и даже без гроз. Как это удается природе? Это одна из загадок, которую наука вынуждена будет решать, если хочет реально обеспечить человечество дешевой экологически чистой энергией в любом количестве в любой точке пространства и в любое время. «Холодные» термоядерные установки Прогресс в этой области может привести к созданию недорогих, неиссякаемых и простых в эксплуатации «настольных» источников энергии, грозит обессмыслить много миллиардные вложения в создание установок «горячего термояда» и все больше привлекает к себе внимание военных. Группа ученых из университета Пердю (штат Индиана) под руководством Йибан Сюй и Адама Бата подтвердили, что механизм сонолюминисценции действительно приводит к протеканию ядерной реакции синтеза. Об этом свидетельствуют образующиеся в ходе реакции нейтроны. История   «акустического   термояда» берет начало в 2002 году, когда американский ученый Рузи Талейархан из Окриджской лаборатории продемонстрировал настольную лабораторную установку, в которой протекала реакция термоядерного синтеза. Всех потрясла уникальная простота и «красота» эксперимента - для этого потребовалось всего лишь«взрывать» крошечные пузырьки газа в холодной жидкости под действием ультразвуковых волн. «Если это так, то это просто чудо - и, вполне возможно, поворотный момент в человеческой истории», - заявил после демонстрации Андреа Просперетти из университета им. Джона Гопкинсав Балтиморе. Революционная работа вызвала шквал комментариев, в которых высказывались диаметрально противоположные мнения о работе. В экспериментальной установке группы доктора Талейархана для образования микроскопических пузырьков газа в жидком ацетоне использо­вался нейтронный пучок. При этом в  ацетоне атомы обычного водорода были заменены атомами дейтерия - его более тяжелого изотопа. Удалось зарегистрировать как излучение све­та и ударные волны с хлопывающихся пузырьков, так и сопутствующее им излучение высоко энергетичных нейтронов с энергией 2,5 МэВ. Ней­троны именно такой энергии должны сопровождать превращение дейте­рия в гелий. При этом удалось также зарегистрировать повышение уровня трития - еще одного продукта реак­ции синтеза. Этого удалось достичь благодаря тому, что при схлопывании пузырьков температура достигает огромных значений. Вместе с тем, подчеркивали скеп­тики, экспериментальных данных о температуре пузырьков на тот момент не имелось. Определить ее удалось сотрудникам иллинойского универси­тета Кен Суслик и Дэвид Флэнниган в марте 2005 года. Им удалось впервые  экспериментально показать, что тем­пература в пузырьках при их схлопы­вании достигает 15 тыс. градусов, а вспышки света, сопровождающие сонолюминисценцию, были настолько яркими, что были легко различимы не­вооруженным глазом. Теперь сторон­ники «холодного термояда» получили еще одно, особенно убедительное, подтверждение правоты Талейарха­на. Ученые поставили лабораторный эксперимент с использованием той  же самой тестовой ячейки, которую использовал Талейархан, однако в качестве источника нейтронов при­менили Калифорний-252. Его преи­мущество заключается в том, что он  является непрерывным, а не импуль­сным, источником нейтронов. Ацетон, в котором водород был заменен его тяжелым изотопом дейтерием, подвергался воздействию нейтронного потока и ультразвуковых волн. Были зарегистрированы нейтроны энергии 2,5 МэВ - характерного признака протекания реакции синтеза двух ядер дейтерия, а также образование в жидкости еще более тяжелого радиоактивного изотопа водорода - трития. При использовании обычного ацетона ни того, ни другого признака не наблюдалось. Неудача    предыдущих    экспериментов с  измерениями  сонолюминисценции, вызванной акустической кавитацией, была связана с тем, что они проводились в воде, и львиная доля энергии поглощалась молекулами  водяных  паров.  Серная  кислота,   использованная   Сусликом   и Фланниганом, намного менее летуча, чем вода, вследствие чего газовые пузырьки состояли практически из одного аргона с малой примесью молекул кислоты. А поскольку аргон существует в атомарном состоянии, энергия не расходовалась на разрыв этих связей либо возбуждение колебаний. В результате оказалось, что пузырьки газа в серной кислоте под воздействием сонолюминисценции вызывают свечение в 2700 раз более интенсивное, чем пузырьки в воде. Это позволило провести измерения температуры в пузырьках с намного более высокой точностью, чем прежде. О растущем осознании чрезвычайной важности результатов, полученных Талейарханом и его сторонниками, свидетельствует верный индикатор - военные. Агентство передовых оборонных исследований США DARPA выделило группе Талейархана средства на продолжение работ и на обмен информацией по вопросам, имеющим отношение к«пузырьковому» ядерному синтезу. Стремительный прогресс «холодного термояда» ставит под большой вопрос целесообразность сооружения циклопических установок стоимостью многие миллиарды долларов- таких, как международный экспериментальный термоядерный реактор (ИТЭР) ценой около $13 млрд., сооружение которого начинается во Франции. Аналогичный  проект  создания   сверхмощного   лазера   NIF стоимостью свыше $5 млрд., который позволит инициировать термоядерную реакцию в крошечной дейтериевой мишени, подвергается критике за чрезмерную дороговизну и малую обоснованность. На фоне этих астрономических сумм изящные «настольные»  термоядерные  установки  Талейархана и его сторонников, а так же растущее доверие к полученным ими результатам,  вызывают к себе все более пристальный интерес.

Современная наука пытается перевести мировую энергетику на экологически чистые источники энергии. Существуют различные способы осуществления этой идеи – в первую очередь это  увеличение эффективности действующих установок, улучшение их технических и экологических характеристик. Второй путь – освоение нетрадиционных источников на основе последних физических открытий в области свойств материи. Это требует, прежде всего, разработки теорий, касающихся неисследованных, пока еще загадочных явлений. У природы есть еще не мало подобных явлений, что дает современной науке множество направлений для поиска решения энергетической проблемы. Эфиродинамика и акустический термоядерный синтез – одни из направлений в поисках экологически чистой энергии. Атмосферные вихри - смерчи и циклоны – это природные машины по переработке потенциальной энергии атмосферы в кинетическую энергию вихрей, поэтому естественно желание человека использовать эту громадную энергию для своих целей. Шаровая молния имеет множество необъяснимых свойств, если в будущем будет разгадана ее природа, это также даст возможность синтезировать энергию.

Список литературы

1. Ацюковский В. Глобальный вопрос человечества: где взять экологически чистую энергию?  // Энергетика Сибири, 2005, №3, с 17-19

2. «Холодный» термояд обессмыслит «горячий»? // Энергетика Сибири, 2005, №3, с 23-24

3. CNews.ru

4. www.astuk.dart.ru

ПРОИЗВОДСТВО ЭТАНОЛА.

В основе биотехнологического получения этилового спирта, кормовых и пищевых дрожжей, пивоварения и виноделия лежит процесс брожения - один из разновидностей биологического окисления субстрата у гетеротрофных микроорганизмов. Биотехнологические бродильные процессы изучены сравнительно давно. Однако некоторые процессы брожения реализованы на практике только сейчас. В основе брожения лежит универсальная реакция превращения источника углерода глюкозы в ключевой промежуточный продукт-пировиноградную кислоту, из которой синтезируются дальнейшие продукты, включая этиловый спирт. Возбудителями спиртового брожения могут быть дрожжи - сахаромицеты, некоторые мицелиальные грибы (Aspergillus oryzae) и бактерии (Erwinia amylovora, Sarcinaventricula, Zymomonas mobilis, Z. anaerobia). По расходу сырья производство этилового спирта самое крупное биотехнологическое производство в мире. Однако по стоимости валового продукта этанол занимает третье место среди крупнотоннажной продукции. Как известно, этанол широко используется в химической, фармакологической и пищевой промышленности. Кроме того, он может стать источником энергетических ресурсов.

На схеме показаны основные пути использования этанола.

Из этанола получают этилен - традиционное сырье для органического синтеза. Из 3,8 кг сахара можно получить 1,7 кг этанола, из него - 1 кг этилена. Этанол как жидкое топливо пока не может конкурировать с бензином, поскольку, например в США, полученный из зерна этанол в 2-3 раза дороже бензина. Существуют национальные программы замены части бензина (до 20%) этанолом как топлива для автомобильного транспорта, что позволит уменьшить импорт нефти. Бразилия еще в 1992 г. планировала получить из тростникового сахара 3,8 млрд л этанола, чтобы сократить импорт нефти на 4 млрд долларов. Необходимо отметить, что производство спирта - одна из самых старых отраслей биотехнологии. Хорошо изучены различные продуценты этанола, биохимия процессов спиртового брожения. Материальный баланс спиртового брожения имеет следующий вид:

СnН2nОn + 0,005 NН3 - 0,04 X + 0,49 С2Н5ОН + 0,47 СО2.

биомасса

Энергия субстрата в процессе брожения распределяется так:

90% переходит в этанол и по 5% - в биомассу и теплоту.

В качестве продуцента в спиртовом производстве используют только дрожжи, однако, этанол также продуцируют многие бактерии. В качестве сырья для производства этанола в различных странах используют национальные доступные растительные источники: зерновые, картофель и свекловичная масса - в России, Украине, Беларуси; сахарозу и тростниковую мелассу - в США; рис - в Японии и т.д. В обозримом будущем любой источник растительного сырья может использоваться для производства этанола; целлюлоза в древесине, соломе, торфе и т.д. Поэтому сульфитные щёлока - отходы целлюлозно-бумажной промышленности находят всё более широкое применение в биотехнологии этилового спирта. Так, на сульфитных щелоках можно получать грибную биомассу с использованием ацетат-утилизирующего сапрофитного микроорганизма Paecilomyces varioti, как это разработано в Финляндии. В настоящее время у нас на производство этанола расходуется более половины ресурсов растительной мелассы. Отечественными биотехнологами разработана технология комплексной переработки мелассы с получением из 1 т мелассы 310-320 л этанола, 100 кг прессованных хлебопекарных дрожжей, 80-85 кг кормовых дрожжей (сухих), 10- 13 кг диоксида углерода. Кроме того, после дрожжевую барду, содержащую 6-7 % СВ, можно упаривать до 60 % и использовать как кормовую добавку или как сырье для получения гранулированного органо-минерального удобрения. При дистилляции спирта получают еще и сивушные масла в количестве 1 л на 200 кг этанола. Сивушные масла содержат спирты изо-амиловый (62%), пропиловый (12%) и изобутиловый (15%).

Рис.1. Annapатурно-технологическая схема получения этанола из мелассы:

/ - рассиротшики, 2-4 --- аппараты чистой культуры, 5 - стерилизатор, 6 - дрожже-генератор, 7 - насос, 8 -- бродильный аппарат, 9 -- головной бродильный аппарат

Существует много технологических вариантов реализации процесса спиртового брожения. На рис. 1 представлена схема двухпоточного способа сбраживания мелассы. Данная схема предусматривает приготовление отдельных сред для получения дрожжей (концентрация СВ 8-12%) и для сбраживания (32- 36% СВ); соотношение этих сред (1 Ч- 1,2):1. В дрожжегенераторах применяют аэрацию 3-4 м3/(м3-ч), поддерживают температуру 28-30 ?С и рН 4,2-4,5. Концентрация этанола в дрожжегенераторах достигает 2,8-3,5 % об., дрожжей - 2,5- 6,5 % СВ. Выращенные дрожжи из дрожжегенераторов по верхним линиям отбора направляют в головной бродильный аппарат, куда одновременно поступает среда с концентрацией СВ 32- 36 %. После заполнения головного аппарата культуральная жидкость последовательно проходит бродильные аппараты и из последнего поступает на перегонку. Температура брожения 29- 31 ?С. Концентрация СВ в первом бродильном аппарате 7,5- 8,5%, во втором - 8,0-9,0%, в третьем - 9,0-9,5% и в последнем - 5,0-6,5 %. Система работает без возобновления дрожжей 7-10 сут и обеспечивает получение 66,5 дал спирта из 1 т условного крахмала. Перед перегонкой из бражки выделяют хлебопекарные дрожжи, а на барде выращивают кормовые дрожжи. Важным вопросом в крупнотоннажном производстве этанола, является выбор сырья. Во внимание принимают главным образом экономические аспекты - доля затрат на сырье в общей себестоимости. Существенное значение имеет количество этанола, которое получают из растительного сырья, выращенного на 1 га. В настоящее время значительный интерес для производства этанола представляют аэротолерантные бактерии Zymomonas mobilis. В отличие от дрожжей эти бактерии характеризуются отсутствием катаболитной репрессии и низкой чувствительностью к этанолу. Кроме того, удельная скорость потребления глюкозы и образования этанола у них в 2-3 раза выше (Q глюк= 3,75; Qэт. = 1,87 г/(г-ч). Zymomonas mobilis утилизируют глюкозу, фруктозу, а некоторые штаммы также сахарозу, причем катаболизм глюкозы идет по пути Энтнер - Дудорова (рис. 2). В сахарозных средах изолированный штамм продуцирует также фруктозный полисахарид леван, сорбитол и глюконовую кислоту. Штаммы, дефицитные по фруктокиназе, сбраживают глюкозу до эталона, при этом в среде накапливается фруктоза, что позволяет получить из сахарозы этанол и фруктозу.

Рис. 2. Схема катаболизма у Zymomonas mobilis:

1-глюкокиназа, 2-глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, 3-6-фосфоглюконатдегидро-геназа, 4- 2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконатальдолаза; 5 - дегидрогеназа 3-фосфо-глицеринового альдегида; 6 - фосфоглицераткиназа, 7- фосфоглицеромутаза, 5-енолаза, 9 - пируваткиназа, 10 - фруктокиназа, / - фосфогексоизомераза, 12 - левансахараза, 13 - глюконокиназа, 14 – глюкозофруктозотрансгидрогеназа

Так как скорость роста биомассы Zymomonas mobilis невелика, в среде обычно накапливается 2-3 г/л биомассы, что отрицательно влияет на продуктивность системы. В связи с этим практикуют либо искусственную иммобилизацию клеток, либо используют флокулирующие штаммы, например штаммом ZM-4, полученным П. Роджерсом, Л. Аркури с сотр. Используя иммобилизованные клетки Zymomonas mobilis в среде, содержащей 10 % глюкозы, достигли в противоточном режиме продуктивности системы по этанолу 152 г/(л-ч). Максимальная продуктивность при работе с Saccharomyces cerevisiae 80 г/ (л x ч). К сожалению, на мелассных средах продуктивность Z. mobilis ниже. Крупные успехи по получению этанола при культивировании Z. mobilis достигнуты в Канаде (Н. Lawford et. al., 1989). В результате целенаправленной селекции флокулирующего штамма и оптимизации процесса ферментации продуктивность системы по этанолу составляет до 200 г/(л-ч), что почти на 2 порядка превышает продуктивность ферментационного процесса на большинстве спиртовых заводов. При получении этанола химическим путем из этилена продуктивность составляет 80 г/(л-ч). Сейчас в биотехнологии этанола широко применяют флокулирующие штаммы, которые позволяют повысить концентрацию биомассы до 40-60 г/л. Однако возникают проблемы, связанные с интенсивным выделением диоксида углерода, который коалестирует и нарушает гомогенность процесса. Чтобы предотвратить эти нежелательные явления создана многоступенчатая вертикальная колонна. Внутри ее установлен ряд усеченных конусов, обращенных большим основанием к верху. Через нижнее отверстие конуса вверх поднимается жидкая фаза с продуцентом, а газ накапливается в пространстве между верхней наружной частью конуса и цилиндром. Оттуда через патрубок выводится СО2 из биореактора в общий вертикальный коллектор. При переработке мелассы тростникового сахара с концентрацией сахара 160 г/л с помощью флокулирующей культуры Saccharomyces uvapum биореактор работает 460 ч при D = 0,18 ч -1. Содержание этанола 7-8 % ?б. Содержание клеток в 1 мл сброженного субстрата не более 10. С помощью колонного ферментатора в опытах Кастро (X. Castro, J. D. Bu-Lock, 1989) достигнута продуктивность по этанолу на глюкозной среде 22,5 г/(л- ч), на мелассной среде - 9,6 г/(л-ч), на крахмальной - 2,2 г/(л-ч). Необходимо отметить, что при ферментации крахмала были совмещены процессы осахаривания с помощью иммобилизованной амилоглюкозидазы и спиртового брожения с помощью дрожжей. Интересные результаты при сбраживании высококонцентрированных крахмальных субстратов получены в условиях совмещенного процесса осахаривания и спиртового брожения с помощью культур Rhizopus sp. и Saccharomyces cerevisiae (F. В. Elegado, et. al., 1989) в биореакторе с циркуляцией газа. При концентрации субстрата 265 г/л через 3 сут этанола содержалось 11 % об. Такой выход достигается за счет того, что при циркуляции этанольные и водяные пары переходят в газ. Этанол из газа можно конденсировать при концентрации субстрата в системе 400 г/л, содержание этанола в конденсате достигает 35,2 %. В связи с ограничением ресурсов традиционного сырья для производства этанола сейчас разрабатываются процессы на основе новых заменителей сахара. К ним можно отнести синтетический газ, получаемый из угля. Как известно, этот газ состоит из СО, Н2 и СО2. Выделены бактерии, способные конвертировать СО и Н2 до этанола согласно уравнениям (К. Т. Klavon et al., 1989):

6СО + ЗН2О - С2Н5ОН + 4СО2;

6Н2 + 2СО2 - С2Н5ОН + ЗН20.

При получении этанола из синтетического газа большое значение имеет оптимизация массообмена между газовой, жидкой и твердой фазами. В колонном аппарате можно получить концентрацию этанола 2-3 %. Важным достижением в области рационального использования растительного сырья является раскрытие биохимических и генетических основ биоконверсии ксилозы в этанол. Микроорганизмы, способные трасформировать D-ксилозу в этанол, должны иметь два фермента. Первый фермент - NADH-зави-симая ксилозоредуктаза - катализирует превращение D-ксилозы в ксилит, второй -- NAD-зависимая ксилитдегидрогеназа - окисляет ксилит в D-ксилулозу. Последняя через пентозный шунт и по гликолизному пути может конвертироваться в этанол (Err-Cheng Chan et. al., 1988). Однако этот биохимический механизм трудно поддается регуляции, поэтому методами генетической инженерии необходимо было ввести в клетки ген, кодирующий синтез ксилозоизомеразы - фермента, обеспечивающего прямую конверсию D-кси-лозы в D-ксилулозу. Такой ген был трансплантирован в дрожжи Schizosaccharomyces pombe при помощи ксилозоизомеразной плазмиды Е. coll. Ген интегрировался с хромосомальной ДНК дрожжей и обеспечил экспрессию ксилозоизомеразы, что позволило сбраживать ксилозу до этанола. В результате продуктивность штамма по этанолу увеличилась с 0,063 до 0,177 г/(л- ч). Таким образом стало возможным при помощи Schizosaccharomyces pombe сбраживать в этанол не только D-глюкозу, получаемую после гидролиза целлюлозы, но и D-ксилозу, получаемую после гидролиза гемицеллюлозы. Показана также возможность биоконверсии глюкозы и ксилозы в этанол при непрерывном культивировании Thermoanaerobacter ethanolicus. Выход этанола из ксилозы составил 0,42 г/л (L. S. La-cis, H. G. Lawford, 1988). Во многих лабораториях у нас и за рубежом интенсивно изучается бактериальный синтез этанола с использованием целлюлозосодержащих видов сырья. Предполагается, что термофильная анаэробная ферментация целлюлозосодержащих субстратов рентабельна при концентрации этанола выше 4,5 %. Однако в настоящее время испытывают методы интенсификации спиртового производства, основанные на использовании различных штаммов дрожжей. 75 % мирового производства биоэтанола получают в периодическом процессе при средней длительности цикла 36 ч и содержании этанола в среде 6% (47 г/л). Можно отметить следующие методы интенсификации спиртового брожения:

1) непрерывная ферментация (вместо периодической), что позволяет увеличить продуктивность системы по этанолу до 5-6 г/л в час вместо 1,8-2,5 г/(л- ч). Однако длительная ферментация приводит к возникновению малопродуктивных, но быстрорастущих мутантов, к тому же скорость образования этанола лимитируется вследствие его ингибирующего действия;

2) непрерывная ферментация с применением флокулирующих продуцентов, что позволяет повысить концентрацию биомассы дрожжей до 40-80 г/л и увеличить продуктивность системы до 30-50 г/(л- ч);

3) непрерывная ферментация с рециркуляцией биомассы, что обеспечивает продуктивность 30-40 г/(л- ч);

4) непрерывная ферментация с использованием иммобилизованных клеток, что обеспечивает продуктивность системы 25-30 г/(л- ч);

5) вакуумная ферментация при разрежении 32-35 мм рт. ст. с целью удаления этанола и уменьшения его ингибирующего действия. Продуктивность системы достигает 80 г/(л- ч). Недостатком этого метода является накапливание в среде нелетучих продуктов, что затрудняет газообмен и вызывает опасность контаминации;6) ферментация с периодической передачей части КЖ в вакуумную камеру для удаления этанола. Это так называемая флеш-ферментация. Продуктивность увеличивается до 80 г/(л- ч).

Как видно, заметная интенсификация достигается при переходе от периодического процесса к непрерывному. Продуктивность непрерывной системы повышается значительно при использовании иммобилизованных или флокулирующих клеток или при рециркуляции биомассы. Дальнейшего повышения продуктивности можно достичь, выводя этанол из ферментационной среды при флеш-ферментации. Эти примеры наглядно показывают, что с помощью технологических методов можно значительно интенсифицировать процесс производства спирта. Селекция этанолтолерантных штаммов - второй путь интенсификации, но менее результативный. Спиртовое брожение лежит также в основе пивоварения. Пиво относят к так называемым солодовым слабо алкогольным напиткам, получаемым в результате сбраживания дрожжами экстрактов из семян хлебных злаков (солода). В подобных экстрактах содержатся сбраживаемые углеводы. В различных сортах пива находятся этанол, углеводы (глюкоза, мальтоза, мальтотриаоза, мальтотетраоза, декстрины), азотистые вещества (амиды, аминокислоты, пептоны), диоксид углерода- продукты ферментативного гидролиза осоложенного зерна; горечи, смолы, танин, эфирные масла - из соцветий женских особей хмеля, следы неорганических солей и жира. Окраска, аромат и крепость пива зависят от штамма дрожжей (Saccharomyces cerevisiae, S. carlsbergensis и др.). В России наиболее широко используют S. cerevisiae низового брожения, расы 776, 41, 44, 11, 8а(М), Р и F. На практике чаще всего применяют ячменный солод. Для его приготовления зерна ячменя увлажняют, проращивают при 15 - 25'С до тех пор, пока зародышевый листок становится в 3 - 4 раза длиннее зерна, затем проросший ячмень высушивают до конечной влажности солода 5%; В таком виде солод может хорошо сохраняться, при этом он имеет специфические окраску и аромат. Солод светлого цвета получается при более низкой температуре высушивания, более темного цвета - при повышенной температуре (светлые сорта пива содержат меньше углеводов, чем темные сорта). Отделенный от проростков сухой солод может быть использован не только в пивоварении, но и в винокурении (получении спирта), в кондитерском производстве. Если пиво изготавливают из солода, воды (без каких-.либо "дополнителей"), то следующим этапом является затирание, когда стремятся перевести в раствор наибольшую часть содержимого солода. Затирание чаще осуществляют либо настаиванием, либо вывариванием. По первому методу солод дробят, размешивают в воде при температуре 38 - 50'С (выдерживают 1 час), когда активизируются бактериальные ферменты протеазы, затем температуру повышают до 65- 70'С и оставляют затор на несколько минут для гидролиза крахмала. После этого температуру повышают до 75 - 77'С для денатурации ферментов и затор фильтруют. По второму методу (вываривание) размолотый солод вносят в теплую (40'С) воду, размешивают и постепенно повышают температуру затора до 75'С; около 1/3 такого затора отбирают и непродолжительно кипятят, после чего его возвращают в основной затор. При этом ферменты разрушаются, клеточные стенки набухают, крахмал "распускается" (разжижается), чем облегчается его гидролиз в основном заторе. Кипячение и возврат части затора можно повторять 2 - 3 раза. Пиво, полученное на настоенном заторе, более ароматное, поскольку в него переходит меньше горьких веществ. Пивные дрожжи относят к разряду флокулирующих, оседающих при осветлении молодого пива и в конце дображивания; они не сбраживают декстрины (эти полимерные углеводы вносят определенный вклад в создание вкуса пива). В последние годы удалось перенести ген Вас.subtilis детерминирующий -глюканазу в пивные дрожжи S.cerevisiaе. Этот рекомбинантный штамм оказался способным перерабатывать крахмал непосредственно в этанол. Из традиционных алкогольных напитков можно упомянуть русский хлебный квас, содержащий менее 0,5% этанола, популярный в Японии алкогольный продукт Саке (12 - 24% этанола), таэте - алкогольный напиток, приготовляемый из молока и с давних пор применяемый в Скандинавских странах - содержит менее 2% этанола, и другие. Спиртовое брожение находится также в основе виноделия. Вина обычно получают из сока спелого неиспорченного винограда, отделенного или неотделенного от мезги (например, при изготовлении красных вин). Индукторами брожения являются различные расы Saccharomyces cerevisiae. В винах, кроме этанола, содержатся: белки, пигменты, неорганические соли, летучие и нелетучие органические кислоты, танин, в некоторых сортах - углеводы, глицерин. Вина классифицируют по-разному. Так различают: сортовые- по сорту винограда, купажные - из смеси сортов; сладкие и сухие - по содержанию сахара; натуральные и крепленые, столовые и десертные - по содержанию спирта; игристые и неигристые - по содержанию углекислоты; белые и красные - по цвету; ординарные и марочные - по срокам выдержки. Как пояснение к классификации можно отметить, что в сухом вине сахар фактически полностью сброжен, а если он имеется, то в таком количестве, что не ощущается на вкус. В сладких винах сахар выражение ощущается на вкус. Натуральные вина содержат, как правило, 9-11% этанола, реже-- 13%. В крепленые сухие вина добавляют коньяк или винный спирт. Столовые вина содержат менее 14% спирта, десертные - более 14% (в среднем около 20%J и некоторое количество сахара. Игристые вина содержат значительное количество диоксида углерода, образующегося при дображивании вина в толстостенных сосудах или добавляемого к натуральным винам; к игристым относят шампанское - продукт вторичного брожения вина, когда к не до бродившему вину перед розливом в герметизированные бутылки добавляют ликер до содержания сахара 2,2%, В России разработана технология производства шампанского непрерывным методом. В шампанском содержится не только повышенное количество углекислоты, но и ряд ценных метаболитов, сказывающихся на специфическом вкусе этого вина. Вина, выпускаемые в продажу на первом году после изготовления, называют ординарными, а выдержанные не менее 1,5 лет и сохраняющие свои высокие качества - марочными. Известны так называемые плодовые вина (кроме виноградных), получаемых при спиртовом брожении соков зрелых плодов: ягодное, яблочное и др. На виноградных ягодах поселяются различные микроорганизмы (дрожжи, нитчатые грибы, бактерии), которые необходимо подавить, так как в противном случае будет трудно гарантировать получение вина высокого качества. Как ингибитор микробов - контаминантов давно и эффективно используют сернистый газ или сульфит, например, в виде метабисульфита калия (примерно от 0,1 до 0,2% SO2), не подавляющих производственный штамм дрожжей в его активную фазу. Пастеризация здесь оказывается менее благоприятной. Концентрация сахара в винограде - важный фактор для ферментации (концентрация его в сусле выше 28% будет тормозить брожение). Определенную роль играют исходное значение рН и температура. Чтобы избежать повышенной кислотности готового вина, было предложено устанавливать рН сусла ниже 3,6; оптимальная температура для большинства рас дрожжей 27 - 29'С, но есть и психрофильные виды, сбраживающие виноградное сусло при 10'С. При низкой температуре и медленном брожении формируется более яркий букет вина, чем при кратковременном брожении и повышенной температуре.

Аэрирование сусла возможно и целесообразно в самом начале процесса, чтобы быстрее наросла биомасса клеток для ведения последующего анаэробного процесса. Количество привносимой в сусло суспензии дрожжей обычно составляет 1% по объему. В случае применения биореакторов больших емкостей для производства столовых вин бродящий сок принудительно охлаждают, используя теплообменники, змеевики или другие устройства. Мезга (оболочки виноградных ягод, семена, частички стеблей и т. п.) привносит определенные сложности в связи с теплообменом при брожении - образование "шапки". Очистка вин при естественном хранен и созревании не всегда завершается его полным осветлением. В этих случаях используется очистка путем осветления, старения и с зревания до розлива в бутылки. Дополнением к осветлению является фильтрация (в том числе - стерилизующая), пастеризация, охлаждение - для удаления винного камня и коллоидов.

Рис. 3. Замкнутая биосистема получения этанола из картофеля

Идея японского ученого Ямомото - создание замкнутой безотходной системы получения этанола из картофеля. Ямомото экспериментально доказал, что полученный из микромицетов рода Rhizopus комплексный ферментный препарат, обладающий амилазной и пектиназной активностью, при добавлении к дрожжам хорошо конвертирует крахмал растертой массы катофеля в этанол. Процесс реализуется при рН 4,2 и температуре 25 ?С. В этой технологии не требуется разваривать картофель и отдельно осахаривать массу. После мойки картофель измельчают на терке и проводят одностадийную ферментацию (рис. 3). Этанол дистиллируют, а барду вместе с ботвой направляют на метановое брожение. Биогаз используют для дистилляции этанола, а ферментированную жидкую фракцию после метанового брожения со всеми минеральными компонентами урожая возвращают на поле в качестве удобрения. Согласно данной технологии с 1 га поля можно получить 270 л этанола за один цикл. Из ферментированного субстрата с содержанием этанола 6-10% об. последний выделяют в перегонных аппаратах, получая технический продукт (сырец) с содержанием этанола 85 % об. После ректификации получают продукт, содержащий 96,5% этанола. В среднем для получения 1 л этанола тратится 4 кг пара. В скором будущем предполагается снизить расход пара до 2,2 кг.

Лекция 14

Правовые основы обеспечения безопасности жизнедеятельности

Безопасность жизнедеятельности – изучает опасности и способы

защиты от них человека в разных условиях его обитания. Эколого-правовое регулирование взаимодействия общества с окружающей средой уходит своими корнями вглубь тысячелетий. В ходе эволюции одного из родов млекопитающих – рода Homo это взаимодействие приобрело несвойственный для других организмов характер, что связано со способностью человека не только применять существующие в природе готовые орудия труда (камень, палка), но и создавать новые и с их помощью целенаправленно воздействовать на природу.

Прообразом современных законов, направленных на охрану природы,

можно считать запрет на уничтожение животных определенных видов, установленный в ходе развития одной из древнейших религий – тотемизма. Возможно это было связано не только с религиозными воззрениями, но и с экологической ситуацией, складывающейся в определенных регионах. Возникновение и развитие производства поставило общество перед необходимостью охранять от своего интенсивного воздействия не только некоторые видя организмов, являющиеся предметом охоты или собирательства, но и почву, воду, лес. Появление новых технологий и новых источников энергии влекло за собой необходимость защищать от загрязнения все новые компоненты биосферы.

Экологическое право.

Любые живые организмы, в том числе и человек, могут существовать

в окружающей среде лишь при наличии определенных условий, обеспечивающих их жизнедеятельность. В свою очередь состояние самих условий существования во многом определяется жизнедеятельностью проживающего в них сообщества. Таким образом осуществляется обратная связь. В процессе развития человеческого общества деятельность его вызывала со временем изменения среды обитания, выражавшиеся в ее загрязнении, истощении или уничтожении некоторых видов природных ресурсов, в разрушении экологических систем или доведение их до аномального, либо кризисного состояния. Это не проходит бесследно для самого человека, для его здоровья. В такой ситуации необходимо регламентировать воздействие общества на природу, что осуществляется через специальную систему норм поведения – экологическое право.

Право – это совокупность обязательных правил (норм) поведения, установленных или санкционированных государством. Действие права всесторонне охватывает жизнь общества, включая экономику, политику, образование и т.д. Экологическое право, также включенное в эту систему, представляет собой совокупность норм, «специфическим способом регулирующих экологические общественные отношения в целях достижения гармоничных отношений между обществом и природой в интересах людей, живущих на Земле».

Источниками любого вида права признаются нормативные правовые

акты, регулирующие данный вид отношений. Это – законы, указы,

постановления, нормативные акты министерств и ведомств и т.д., а также международные правовые акты.

Указ – нормативный акт главы государства.

Закон – нормативный акт, принятый высшим органом власти в установленном основным законом государства порядке.

Экологическое право способствует укреплению правопорядка, обеспечивающего сохранение природных богатств и естественной среды обитания человека, оздоровление окружающей среды в интересах настоящего и будущего поколений людей. Предметом правового регулирования являются особые отношения общества и природы в области природопользования, охраны окружающей среды, обеспечения экологической безопасности, отражающие внутренние и внешние связи объектов экологического права.

Экологическое правонарушение, как и любое другое, представляет собой противоправное деяние, совершенное путем действия или бездействия, нарушающее, в данном случае, природоохранительное законодательство и

причиняющее вред окружающей среде и здоровью человека. Специфика его

заключается в том, что ответственность может наступать не только когда

нанесен ущерб или причинен вред человеку, природной среде, народному

хозяйству, но и тогда, когда совершен факт правонарушения, в результате

которого не наступили тяжелые последствия, но создались предпосылки к их

наступлению (например, загрязнение воздуха).

Субъектами экологического правонарушения являются юридические

лица и граждане, достигшие определенного возраста.

Охрана окружающей природной среды и экологическая безопасность

обеспечиваются соответствующим законодательством и реализуются через

систему органов законодательной, исполнительной, судебной властей,

государственные и общественные организации и объединения, граждан,

участвующих в мероприятиях по охране окружающей среды и по обеспечению

экологической безопасности.

Юридическая ответственность – это одна их форм принуждения со

стороны государства, осуществляемая в соответствии с законодательством в

целях обеспечения законности и правопорядка. Она наступает лишь в тех

случаях, когда правонарушения доказаны в установленном законом порядке.

Дисциплинарная ответственность наступает в том случае, когда

виновником является работник предприятия, нарушивший экологические правила

в ходе выполнения его трудовых обязанностей. Она предусматривает такие виды

взысканий, как замечания, выговор, строгий выговор, увольнение, которые

применяются администрацией предприятия.

Материальная ответственность носит компенсационный характер.

Субъектами ее могут быть как граждане или должностные лица, так и

предприятия, организации. В зависимости от того, при каких обстоятельствах

было совершено виновным экологическое правонарушение, при исполнении

служебных обязанностей или вне их, материальную ответственность

подразделяют на трудовую и гражданско-правовую.

Административная ответственность имеет надведомственный характер

и в соответствии с Законом накладывается перечисленными в нем

природоохранительными органами за экологические правонарушения, примерный

список которых также обозначен в этом документе (например, за нарушения,

связанные с нормами воздействия вредных факторов и др.)

Уголовную ответственность несут должностные лица и граждане за

совершенные экологические преступления, которые обозначены в Законе и в

Уголовном Кодексе РФ.

Экологическое право Российской Федерации.

19 декабря 1991 г. был принят Закон РСФСР «Об охране окружающей

природной среды», который является комплексным и охватывает широкий спектр

проблем, связанных с охраной природной среды и природопользованием. До

принятия нового комплексного Федерального Закона РФ указанный

рассматривается как основополагающий закон РФ в области охраны окружающей

среды. В нем удалось избежать многих недостатков прежнего экологического

законодательства и реализовать некоторые гуманистические идей.

Экологические права и обязанности граждан представлены как в законе «Об

охране окружающей природной среды» и Конституции РФ, так и в Лесном кодексе

РФ, в Водном кодексе РФ, в Федеральных законах РФ «Об использовании атомной

энергии», «О радиационной безопасности населения», «О животном мире» и во

многих других нормативных правовых актах. Важным достижением современного

экологического законодательства России является впервые осуществленное в

нашей стране закрепление в Законе (ст. 11) и в Конституции РФ (ст. 42)

права человека на благоприятную окружающую среду и охрану здоровья от

неблагоприятного воздействия окружающей природной среды. Это право должно

обеспечиваться целым рядом мероприятий, включая контроль за состоянием

окружающей природной среды, за предоставлением гражданам реальных

возможностей проживать в условиях благоприятной для жизни и здоровья

природной среды, а также социальное и государственное страхование граждан и

т.д. Здесь же закреплено еще одно право граждан – право на возмещение

ущерба, причиненного их здоровью или имуществу экологическими

правонарушениями. При этом отмечается, что возмещение должно быть проведено

в полном объеме.

Конституция РФ (ст. 42) и Закон (ст. 12) гарантируют гражданам

право на достоверную информацию о состоянии окружающей среды, которой

обладают специально уполномоченные государственные органы в области охраны

окружающей среды. Непредоставление такой информации, за исключением

ситуации с ограничением доступа, а также выдача недостоверной информации и

состоянии окружающей среды могут быть обжалованы в суде в соответствии с

Законом РФ от 20 февраля 1995 г. «Об информации, информатизации и защите

информации».

Для охраны от загрязнений водоемов, населенных пунктов, лечебно-

оздоровительных зон и других территорий определяются нормативы санитарных и

защитных зон.

Для того, чтобы предупредить негативное влияние деятельности

предприятий и хозяйств на экологическую безопасность общества, на

окружающую среду, Закон от 19.12.91 (ст. 35-39) предусматривает

обязательное, научно обоснованное, независимое вневедомственное проведение

Государственной экологической экспертизы, причем до принятия решения о

реализации объекта.

Регулярный контроль за состоянием окружающей среды, здоровья

людей и прогноз на основе полученных данных осуществляет Единая

государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ), действующая в

соответствии с Законом "Об«охране окружающей природной среды», начало

созданию которой было положено в Постановлении Правительства РФ от 24.11.93

«О создании Единой государственной системы экологического мониторинга».

Численность населения планеты с течением времени неуклонно

увеличивается. Особенно бурно этот процесс развивается в ХХ веке.

Возрастает и потребность человечества в продуктах питания. В этих условиях

явилось вполне закономерным применение в сельском хозяйстве веществ,

способствующих росту продуктивности полезных для человека видов организмов,

а также позволяющих бороться с вредными для развития и роста этих видов

насекомыми и растениями, или дающих возможность с меньшими затратами труда

и средств производить их обработку. К сожалению, при неумелом или

безответственном обращении с такими соединениями (удобрениями, пестицидами,

гербицидами, дефолиантами и т.п.) может быть нанесен существенный вред

окружающей природной среде и здоровью человека. Чтобы обезопасить от этого

население и природу, принят ряд законодательных актов.

Земля и ее недра, водные ресурсы, атмосферный воздух, животный и

растительный мир составляют основу жизнедеятельности человека.

Земля является многофункциональным объектом природоохранного

законодательства. Поэтому все земли сельскохозяйственного назначения,

лесного фонда, водного фонда, запаса, земли, предназначенные для населенных

пунктов, промышленных предприятий, транспорта, связи, обороны, энергетики,

космического обеспечения и иного назначения, особо охраняемые территории.

Международное экологическое право.

Сохранность биосферы Земли, испытывающей огромное антропогенное

воздействие, в состоянии, пригодном для проживания многочисленных видов

организмов, включая человека, может быть достигнута только «всем миром»,

т.е. при обязательном сотрудничестве государств в этом вопросе. В статье 92

Закона от 19.12.91 г. отмечается, что «Российская Федерация исходит в своей

политике в области охраны окружающей природной среды из необходимости

обеспечения экологической безопасности и международного сотрудничества в

интересах настоящего и будущего поколений». Главным принципом

международного права стал принцип добросовестного выполнения международных

обязательств. Сближению экологического права России с экологическим правом

других стран способствует вступление Российской Федерации в Совет Европы в

1996 г.

Международное право, касающееся охраны окружающей среды,

сформировалось сравнительно недавно, но продолжает интенсивно развиваться.

Субъектами его являются государства и международные организации, а одним из

главных источников – договор.

В 1995 г. был принят Федеральный закон РФ «О международных

договорах РФ», в котором закреплено, что они «наряду с общепризнанными

принципами и нормами международного права являются в соответствии с

Конституцией РФ составной частью правовой системы РФ».

Если международным договором, подписанным Российской Федерацией,

установлены иные правила, чем предусмотренные законом РФ, то применяются

правила международного договора.

В настоящее время во всем мире ведутся исследования и работы по

охране окружающей природной среды. Этому способствует становление и

развитие экологического законодательства, происходящие в большинстве стран.

Законы, касающиеся сбережения ресурсов, охраны некоторых компонентов

природной среды, принимались и раньше (Закон Тейлора о пастбищном

животноводстве, США, 1934 г. и др.). Однако именно во второй половине ХХ

века состояние окружающей природной среды стало внушать такую тревогу, что

возникла необходимость уделять проблеме особое внимание. Каждая страна идет

своим путем, но о наличии общих для всех экологических проблем

свидетельствуют даже названия законов, которые принимались в них по мере

необходимости. Например, законы по контролю за загрязнением воздуха и за

уровнем шума в Японии существуют с 1968 г., а в США Закон о чистом воздухе

был принят впервые в 1963 г. (новая редакция 1990 г.), Закон о борьбе с

шумом – в 1965 г. Во Франции первый закон, направленный на борьбу с

загрязнением воздуха, принят в 1961 г. и т.д. Много внимания уделяется во

всем мире состоянию гидросферы, что отражается в каждой стране, как

правило, не в одном, а в нескольких законодательных актах. Среди них можно

отметить Закон о воде 1964 г. (Франция), Закон о водных ресурсах 1962 г.

(новая редакция 1987 г., Финляндия), одноименный закон, вышедший в Испании

в 1986 г., Закон о качестве водных ресурсов 1965 г. (США). Общий закон о

борьбе с загрязнением, в котором много места отводится водным ресурсам,

вступил в силу в Норвегии в 1983 г. Необходимость осуществления системного

подхода к решению задач, связанных с охраной окружающей среды, нашла

отражение в принятии многими странами комплексных законов. Например, в

Японии Закон об охране окружающей среды заработал с 1967 г. (редакция 1972

г.), в Германии Закон об охране природы и ландшафтном планировании – с 1976

г. Подобные законы приняты в Венгрии (1976г.), в Польше (1980 г.), в

Мексике (1982 г.) и в других странах. В США к числу общих законов относятся

Закон о национальной политике в области окружающей среды (1969 г.) и

Международный закон об охране природы (1983 г.). В Японии Закон об охране

окружающей среды появился в 1967 г. (редакция 1972 г.), а с 1969 г. там

заработала Национальная программа помощи тем, кто пострадал вследствие

загрязнения окружающей среды. Список примеров можно продолжить. В

заключение следует отметить, что Российское экологическое законодательство

по некоторым позициям уступает зарубежному, но в ряде случаев нормативные

требования к окружающей природной среде (например, ПДК ЗВ в атмосферном

воздухе, в водоемах) являются более высокими, что должно способствовать

улучшению экологической ситуации в Российской Федерации.

Заключение.

Для рационального использования природных ресурсов и

максимального снижения отрицательного влияния различных факторов на природу необходимо знать как устроена природа, по каким законам она развивается, как природа и ее составляющие реагируют на антропогенное влияние и какие предельно-допусти-мые нагрузки может выдержать окружающая человека среда. К

этому можно доба-вить еще ряд вопросов, каждый из которых отражает

множество проблем, связан-ных с экологией, охраной окружающей среды (ОСС),

безопасностью жизнедеяте-льности (БЖД) и природопользованием (ПП). Решить

проблемы сохранения приро-ды можно только лишь разобравшись в их сущности.

Кроме того, необходимо знать предмет, задачи, методы, специальные понятия,

термины и определения ука-занных областей научного знания, между которыми

много общего и специфичного. Тесная связь между ними обусловлена следующими

обстоятельствами: общим характером изучаемых проблем; тем, что каждая из

них в той или иной степени относится и к естествознанию, и к гуманитарным,

и к социальным наукам; все они, в конечном счете, непосредственно связаны с

жизнью человека.

154