- •Міністерство освіти і науки україни національний університет харчових технологій
- •В.О. КРасінько біоенергетика та охорона довкілля конспект лекцій
- •Київ нухт 2013
- •1. Альтернативність біоенерготехнології
- •1.1. Джерела енергії. Розвиток нетрадиційних і відновних джерел енергії
- •1.2. Основні теорії і концепції в галузі технологічної біоенергетики
- •Глобальне споживання енергії
- •1.3. Характеристика паливно-енергетичного комплексу України
- •1.3.1. Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії (нвде) у структурі пек України.
- •1.4. Проблеми вітчизняної та світової енергетики
- •1.5. Енергоощадні технології
- •Запитаня для самоперевірки
- •2. Біоенергетика і біоконверсія енергії
- •2.1. Напрями технологічної біоенергетики
- •Біоконверсія сонячної енергії
- •Сировинна база для біоенергетики
- •2.4. Біоконверсія продуктів фотосинтезу
- •Сумарний річний потенціал тваринницької сільськогосподарської біомаси в Україні
- •2.5. Вирішення питань охорони довкілля шляхом зниження парникового ефекту за використання біомаси як джерела енергії
- •2.6. Обмеження у використанні біомаси
- •Запитаня для самоперевірки
- •3. Альтернативність біопалива
- •Згідно статті 3 Закону України «Про альтернативні види палива» паливо визначається альтернативним, якщо воно:
- •Згідно статті 4 Закону України «Про альтернативні види палива» до альтернативних видів рідкого палива належать:
- •Згідно статті 5 Закону України «Про альтернативні види палива» до альтернативних видів газового палива належать:
- •3.1. Види біопалива
- •Перелік нормативно-правових документів, прийнятих в Україні, які регулюють відносини у сфері використання біопалива:
- •3.2. Тверде біопаливо
- •3.3. Одержання енергії з твердої біомаси
- •3.4 Рідке біопаливо
- •3.5. Характеристики моторних видів палива
- •3.6. Біоетанол
- •Запитаня для самоперевірки
- •4. Технологічні особливості одержання біоетанолу
- •4.1. Етапи виробництва біоетанолу на крохмалевмісній сировині
- •4.2. Виробництва біоетанолу на мелясі
- •4.3. Алкогольна ферментація гідролізатів деревини
- •4.4. Перспективи одержання біоетанолу в Україні
- •4.6. Продуценти біоетанолу
- •4.6.1. Метаболічна інженерія дріжджів Saccharomyces cerevisiae
- •4.7. Екологічні аспекти одержання біоетанолу
- •Характеристика продуктів переробки зернової барди 7
- •Запитаня для самоперевірки
- •5. Технологічні ососбливості одержання біодизелю
- •5.1. Сировинна база для одержання біодизелю
- •5.2. Технологічні особливості виробництва біодизелю
- •5.2.1. Виробництво чистого та модифікованого біодизелю з ріпаку
- •5.2.2.Технологія ріпаково-метильованого ефіру (рме)
- •5.3. Потенціал України у виробництві біодизелю
- •5.4. Переваги та недоліки біодизелю як пального
- •5.5. Питання охорони довкілля за виробництва біодизелю
- •Запитаня для самоперевірки
- •6. Метаногенез як біоенергетичний процес
- •6.1. Характеристика асоціації мікроорганізмів – продуцентів біогазу
- •6.2. Сировина для виробництва біогазу
- •6.3. Технологічні особливості виробництва біогазу
- •6.4. Промислові апарати для одержання біогазу
- •6.5. Переваги біогазових технологій
- •6.6. Недоліки біогазових технологій
- •Запитаня для самоперевірки
- •7. Біосинтез і фотосинтез енергетично багатих речовин
- •7.1. Біосистеми та процеси фотосинтезу і біосинтезу
- •7.2 Біопальне з біомаси водоростей
- •7.2.1. Можливості застосування та переваги використання мікроводоростей для виробництва біодизелю.
- •Запитаня для самоперевірки
- •8. Біоводень як перспективний вид біопалива
- •8.1. Біотехнологічні способи одержання водню
- •8.2. Фотобіоніка – створення штучних систем біоводню
- •8.3. Продуценти водню
- •8.4. Компоненти біосистем водню
- •8.5. Питання охорони довкілля за виробництва біоводню
- •Запитаня для самоперевірки
- •9. Технологічні основи одержання біопрепаратів на основі мікроорганізмів для інтенсифікації біоенергетичних процесів.
- •9.1. Використання біокаталітичних процесів у біоенерготехнологіях
- •9.2. Особливості одержання та застосування ферментів целюлолітичного комплексу у біоконверсії целюлозовмісної сировини в енергоносії
- •Очистка і характеристика ендоглюканаз із мікробних джерел 11
- •Очистка і характеристика целобіаз із мікробних джерел 11
- •Запитаня для самоперевірки
- •10. Проблеми безпеки біоенерготехнологій
- •10.1. Створення безвідходних або маловідходних біоенерготехнологій
- •10.2. Проблеми безпеки біопалива
- •10.3. Пошук нових технологічних рішень та біологічних агентів для подолання проблем біоенергетики
- •Проблеми виробництва рідкого біопалива
- •Запитаня для самоперевірки
- •Список рекомендованої літератури
4.6. Продуценти біоетанолу
дріжджі Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Saccharomyces uvarum, Saccharomyces rosei, Saccharomyces rosei, Kluyveromyces merxianus, Candida tropicalis, C. shehata, Pichia stipitis, Pahysolem tannoftlus, Kluyveromyces fragilis, K. lactis;
гриби Trichoderma reesei, Rhizopus sp.;
бактерії Zymomonas mobilis, Z. anaerobia, Sarcina ventriculi, Thermoanaerobacter ethanolicus, Clostridium thermocellum, Cl. thermohydrosulfaricum
4.6.1. Метаболічна інженерія дріжджів Saccharomyces cerevisiae
можливість засвоєння ксилози рекомбінантними штамами S. cerevisiae (проведено серію робіт):
застосовуючи білкову інженерію ксилозоредуктази, яка зумовлює зменшення спорідненості до НАДФН, поліпшено параметри алкогольної ферментації ксилози;
скорочення пулу вігутрішньоклітинного НАДФН унаслідок дефекту глюкозо-6-фосфатдегідрогенази, що є одним з основних джерел цього коферменту в клітині (отримані штами сприяли підвищеному виходу етанолу, однак їх ріст був послаблений);
надекспресія чотирьох власних генів неокиснюваної частини пентозофосфатного шляху (рибозофосфатізомерази, рибулозофосфатепімерази, трансальдолази, транскетолази) і делегування гена альдозоредуктази або надекспресіїлише одного гетерологічного гена трансальдолази з P. stipitis.
4.7. Екологічні аспекти одержання біоетанолу
Переробка спиртової барди й виробничі відходи. У процесі виробництва біоетанолу утворюється значна кількість спиртової барди й виробничі відходи. Сумарна їхня кількість становить 10...15 л на 1 л виробленого біоетанолу. Стічні води біоетанольного виробництва характеризуються високим рівнем забруднення за ХСК – до 40...70103 мг/л. Відсутність переробки й прямій викид такої кількості виробничих відходів спричиняє забруднення навколишнього середовища й величезних площ, зайнятих полями фільтрації спиртової барди.
Вибір схеми переробки спиртової барди залежить від виду сировини, що переробляється, і способу первинної переробки (у випадку використання крохмалевмісної сировини).
Умовно барда ділиться на два види:
зернова барда – відхід переробки крохмалевмісної сировини;
мелясна барда – відхід переробки цукровмісної сировини.
Мелясна барда, як відхід виробництва біоетанолу, не має високої поживної цінності і не може бути використана в сільському господарстві ні як кормова добавка, ні як добриво (без додаткової обробки). Оптимальним варіантом утилізації мелясної барди є її переробка в біогаз.
Зернова барда, на відміну від мелясної, має досить високу поживну цінність. У випадку використання технології сухого помолу, саме в зернову бардові переходить весь білок зерна, що переробляється. У сільському господарстві широко застосовуються продукти переробки зернової барди.
Як правило, зернова барда переробляється в сухий кормовий продукт, так званий "DDG" (дистильоване висушене зерно) або "DDGS" (дистильоване висушене зерно з розчинними у воді поживними речовинами). Також відома технологія переробки зернової барди на сухі кормові дріжджі, так званий "ДКК" (дріжджовий кормовий концентрат) (рис. 4.7).
Порівняльна характеристика різних продуктів переробки зернової барди наведена у табл. 4.2.
Таблиця 4.2