Бақылау тест сұрақтар

1. Металлдардың биотехнологиясы - бұл :

А) микроорганизмнің әрекетімен концентраттар мен кен орындарынан металдарды бөліп алу;

В) металдардың жаңа туған жерлерін іздестіру;

С) микроорганизмдердің жаңа штамдардын алу;

Д) микроорганизмдердің георгафиялық ерекшеліктерін зерттеу;

Е) кеннен металдарды алу;

2.Өнеркәсіптік штамм қандай талапты қанағаттандырмау керек:

А) фагтың әрекетіне тұрақты болмау;

Б) арзан шикізатта өсу;

В) токсинді болмау;

Д) жоғары экономикалық коэфицентке ие ;

Е) дұрыс жауабы жоқ;

3. Бактериямен сілтілеу –бұл микроорганизммен арнайы бөліп алу:

А) көпкомпоненті қосылыстан химиялық элементтер, сулы ортада оларды еріту;

В) сулы ортада оларды еріту;

С) сілтіге және температураға бірмезгілде әсер етумен қолдану;

Д) бірмпонентті қосылыстан химиялық элементтер сулы ортада оларды еріту;

Е) сулы сілтінің әсерінен әртүрлі биологиялық аумақты сулы ортада оларды еріту;

4.Жасанды қоректік ортада ...болады:

А) қоректік компоненттер лимиттеуші культураның өсуін анықтауға;

Б) арзан өнім алатын барлық өнеркәсіп жағдайында жұмыс жасауға;

В) арзан өнім алуға;

Д) өнеркәсіп ферментрінде жұмыс істеуге;

Е) құрамын білмей кез келген м.о. өсіруге;

5. Биосинтез-қарапайым қосылыстардан органикалық заттардың түзілуі:

А) тірі организмде жүретін немесе биокатализатор әрекетімен олардың сыртында өтетін;

В) катализатор ферменттерсіз ағып жатқандар;

С) керісінше күрделілердің ішіндегі қарапайымдар;

D) ақуыздардың, майлардың көмірсутектердің ыдырау жолымен;

Е) қандай болмасын биологиялық агенттердің (вирус бактерия және т.б.) әрекетімен ағып жатқандар;

16 - сабақ. Қоршаған орта биотехнологиясы.

Күн энергиясының қайта түзілуінің биотехнологиясы. Биоотынды алу.Технологиялық биоэнергетика. Жаңартылған ресурсты қолдану

Дәріс жүргізу формасы: дөңгелек стол

Дәріс жоспары:

1. Экологиялық биотехнология жəне оның міндеті

2.Ағын суды тазарту әдістері

3. Күн энергиясының қайта түзілуінің биотехнологиясы

4. Биоотын алу, биогаз алу

5. Технологиялық биоэнергетика

Экологиялық биотехнология жəне оның міндеті

Қоршаған ортаның проблемаларын шешу үшін биотехнологиялық әдістерді арнайы қолданылу, ағын суды тазалау, қалдықтарды жоюды экологиялық биотехнология қарастырады.

Экологиялық биотехнология бұл - биохимия, микробиология, генетикалық инженерия және химиялық технологияның жетістіктерін бірлесіп қолдану арқылы қоршаған ортаны қорғауға және сақтауға жаңа ұсыныс жасайды.

Қоршаған ортаның өзгергенінен адам мен жан–жануарларға зиянды әсерін алмастыратын биосинтез препараты, ауаны және суды биологиялық тазалау және топырақ рекультивациясы бойынша ұсыныстар мен өңдеулердің технологиясы, экобиотехнологияның шешетін проблемаларының ауқымы өте кең – техногенді әсері бар көздерге жақын экожүйелерді химия-биологиялық комплексті зерттеу әдісін өңдеумен жетілдіру. Микроорганизмдердің әрекетін қолданумен бірге, тамақ, фармацевтика, химия өндірістерінде және гендік инженерияда оларды адамдардың тіршілік әрекетіндегі қалдықтарды өңдеу үшін қолданады. Қалалардың өсуінен, өндіріс орындарының дамуынан бірқатар экологиялық проблемалар туындайды: су қоймаларының ластануы, улы заттардың жиналуы, соның ішінде концерогенді, тұрмыстық қоқыстар мен қалдықтардың жиналуы, ауаның ластануы. Бірақ адамдармен құрылған төмен молекулалық қосылыстар (улы химикаттар, детерагенттер) мен жоғары молекулалық полимерлердің көпшілігі тұрақты (төзімді) және микроорганизмдермен ыдырамайды, яғни өңдеудің жаңартылған технологиясын қажет етеді.

Әдетте қалдықтарды утилизациялау үшін микроорганизмдердің комплексі мен арнайы қондырғылар қолданылады. Адамның қолымен жасаған химиялық затарының көпшілігі биологиялық активтілікті көрсетеді: мутагенді, концерогенді, қасиеті бар, жасушаның құрылысын бұзады.

Биосфераны ластайтын кейбір заттар өзінің шығу тегі бойынша табиғи қосылыстары болып келеді. Мысалға, ағашта болатын компонент лигнин, целлюлоза қағаз өндірісінің қалдығы ретінде белгілі бір мөлшерде түзілген, қауіпті болып табылады. Биосфераны ластайтын табиғи қосылыстардың қатарына жататын хош иісті және құрамында галогендерді құрайтын көмірсулар жатады.

9 кесте - Адамдардың өмір сүру тіршілігіне қауіпті заттардың тізімі

Концерогенді, мутагенді эффект беретін, заттар	Зиянкестерде, потогендер мен ластаушыларда резистент тудыратын заттар	Зиянкестердің ккөбеюі мен тұқым себуін рреттейтін заттар
Хлорораникалы: ДДТ, полихлорпирен, полихлоркамфен, гексахлорбутадиен. Дитиокарбамин қышқылының туындысы:цирам, цинеб, ТМТД. Карбамин қышқылының туындысы: бетанал, пиримор, бетанал. Мочевина туындылары: которан.Басқалары: хлорофос, фталофос, базудин, гетерофос, дихлофос, каптан, фолфет, капторол.	Инсектицидтер мен ака-рицидтер: ДДТ, токсафен, эндрин, малатион, фосмет, хлорофос, арамит. Фунгицидтер: мыс купоросы, каптан, агроха, додин, фталан, цинеб, родан, фигон.	ДДТ, меркаптофос,диметиотат, метилмеркаптофос.

Ксенобиотиктер және қоршаған ортаны ластаушы заттардың биотрансформациясы

Бөгде заттар (ксенобиотиктер) адам және жануарлардың организміне түссе, әртүрлі биотрансформацияға ұшырайды: тотығу-тотықсыздану, гидролиз, конъюгация және басқа да процестерге ферменттік жүйелердің қатысуымен ұшырайды.

Сонымен, бөгде қосылысты заттардың тотығу – тотықсыздану реакциясында микросомальды монооксигеназды және де Р-450 цитохром қатысуымен мембранды-байланысқан ферменттер комплексі ерекше орын алады. Бөгде заттың биотрансформациясы суда, топрақта микроорганизм мен ферменттің әсерімен жүреді.

Топырақта бұл реакцияларды зерттеу қиындық туғызады, ортаның гетерогендігіне және ксенобиотиктің, микроорганизмнің, ферменттердің каллоидты топрақта адсорбциясы. Биосферадағы көптеген ксенобиотиктердің төзімділігі жоғары. Мысалы, ДДТ топырақтан 30 жылға дейін жойылмайды, альдрин және хлордан – 15 жылға дейін; диэльдрин – 25 жылға дейін, гептахлор – 14 жылға дейін. Кейбір поллютанттар, ыдырауға ұшырайды немесе трансформацияға түсіп төзімдірек немесе улы өнімдердің түзілуі мүмкін.

Биосфераға адамның қолымен енгізілетін ксенобиотиктердің бір бөлігі нафталиннің және салицил қышқылының туындыларына жатады. Осы қосылыстардың айналымынан ферменттердің үлкен саны қатысады.

Ағын суды тазарту әдістері

Өндірісте қолданылған суды, адам баласы тұрмыстық жағдайда қолданған суды органикалық және бейорганикалық қосылыстармен ластанған суды ағын су деп атайды. Судың барлық су қоймасындағы мөлшерінен өндіріс қайтармай тек 5-10 % қолданады, ал қалған су ластанған түрінде қайта су қоймасына жіберіледі. Ағын суды су қоймасына жіберер алдын ағын судың құрамындағы органикалық заттардың тотығуына еріген оттегі жұмсалады.Судағы еріген оттегінің құрамы төмендейді, ал минералды заттың концентрациясының ұлғаюынан өсімдіктердің және жануарлардың, микроорганизмдердің су қоймасы арасында бекітілген тепе – теңдіктің бұзылуына әкеледі.Біздің елімізде судың бетін ластанған ағын судан қорғауға арнайы заң бекітілген. Судағы еріген оттегінің мөлшері бойынша қалпына келтіруде, судағы өлшенген бөлшектердің, минералды компоненттердің және тағы басқалардың құрамын қалпына келтіруде оттегін биохимиялық тұтыну бекітілген. Ағын судың ластану дәрежесін тиімді бақылауда оттегін биохимиялық тұтыну көрсеткіші кеңінен қолданылады, белгілі уақыттағы әр түрлі заттардың тотығуын оттегін жұтқан мөлшері сипаттайды.1литр ерітіндіге (мг О₂/л) миллиграмм оттегінің биохимиялық тұтынуы (ОБТ) байқалады. Бес тәулік бойы ұсталған сынамада оттегінің биохимиялық тұтынуының ОБТ₅ өзгергені байқалады, 20 тәулік бойы сынамада оттегінің биохимиялық тұтынуының ОБТ₂₀ – өзгергені байқалады және ОБТ_тол – барлық заттар толығымен тотығады. Ағын су әртүрлі заттың күрделі қоспасы болып саналады, 200-ден 3000 мг О₂/л (ОБТ) оттегінің биохимиялық тұтынуы болады, ал өзеннің таза суы үшін оттегін биохимиялық тұтыну 1 мг О₂/л (ОБТ) тең болады. Тазартылған суды су қоймасына, су жинағышқа жібергенде санитарлық нормаға сәйкес дәрежеде болуы тиіс, ағын суды тазартуда оттегінің биохимиялық тұтынуы болуы керек. Ағын судағы зиянды заттардың құрамы, су қоймасына жіберген тастанды (ПДК) барынша керекті концентрация бекітілген.

Биотехнологиялық өндірістер сияқты басқа өндірістерде барлық технологиялық процестеріне байланысты судың үлкен көлемді шығыны жұмсалады. Мысалы, нан ашытқысын алатын зауытта өндірістік ағын судың жалпы мөлшері 80 мың тоннаны жылына құрайтын болса, тәулігіне ашытқы өндіргендегі мөлшері 45-55 мың м³ құрайды екен. Ағын суыдың құрамы және ластанған заттың концентрациясы биотехнологиялық өндірістен шығарылатын өнім биопрепаратқа байланысты. Сондай-ақ ашытқы - гидролиз өндірісінің ағын суындағы фурфуролдың құрамы 50 мг/л концентрациясын құрайды, паприн-н-парафин өндіретін зауытағы ағын судағы ластанған заттың концентрациясының құрамы 600 мг/л құрайды. Биотехнология өндірісінің ағын судағы кейбір ластанған заттардың құрамы келесідей көрсетілген мг/л:

өлшенген заттар 1000 – 2000

азот 150 – 250

фосфор (Р₂ О₅ есеп бойынша) 30 – 50

ОБТ_толық мг О₂/л 2000 – 3000

Өндірістегі ағын судың құрамы мен саны әр түрлі, сондықтан ластанғанды тазартуда тазарту әдісінің әр түрі қолданылады.

Ағын суды тазартудың сызба – нұсқасын таңдауда, бірінші орында, су қоймасына түсетін ағын суда ластардың аз мөлшерде болуын ойластыру және тазартылған ағын суды технологиялық процеске барынша максималды пайдалану. Бұл экологиялық мақсатта ғана емес және экономика жағыннан да үнемдейді, олай болса ағын суды тазартудағы арнайы құрылыстың шығыны, өндіріске жұмсалған барлық қаражат қорының 40-50 % құрайды. Биотехнологиялық технологияда өндірістің тұйық технологиясын құру қалдықсыз өндіріс болып саналады. Ірі зауыттардағы ағын суды тазарту жүйесі өндірістің технологиялық процесінің жалғасы болып саналады. Ағын суды тазарту процесі құрамындағы ластанған ерітіндіні және өлшенген затты жою болып саналады. Ағын суды тазарту әдісі бес топқа бөлінеді: механикалық, физико–химиялық, химиялық, биологиялық, термиялық. Биотехнология-лық технологияда биологиялық тазарту әдісі жоғарғы мәнге ие. Көптеген өндіріс орындарындағы ағын судың ластану сипатына қарай, ағын суды тазартуда бірнеше әдістер тізбектеле қолданылады.

Механикалық тазарту. Ағын суды механикалық тазарту бірінші сатыдағы тазарту болып саналады. Механикалық жолмен бөліп алуда ерімейтін ірі бөлшек қоспаларды бөліп алу, фильтрлеу, тұндыру, сүзу әдісін қолданады. Ағын судағы ірі қоспаларды механикалық тор сүзгіден өткізеді. Дән тәрізді минералды ластарды ауыр күштің әсерінен құм ұстағыш арнайы қондырғыда тұндырады. Майда бөлшектерді бөлуге дәнді материал қабат фильтрлер қолданылады, мысалы құмды фильтр. Механикалық тазартуда ағын суды тазарту жүйесінің әр түрлі сатысы бекітілген, құрылысы әр түрлі тұндырғыштар қолданылады.

Физико – химиялық тазарту.Физико – химиялық тазарту ластанудың физикалық жағдайының өзгеруі негізде ағын судағы ластарды жоюды жеңілдету.Тазарту әдісі әр түрлі: коагуляция, флотация, эвапорация және тағы басқалар.Соңғы кезде аз концентрациялы ион алмасу әдісі химиялық заттарды бөліп алуда кеңінен қолданылады. Физико – химиялық тазарту әдісінің тиімділігі жоғары екендігі түсіндіріледі, бағасы қымбат реагенттерді қолдануына қарамастан, олар өндірісте кеңінен қолданылуда.

Химиялық тазарту.Химиялық тазарту ағын судағы заттардың еруіне реагенттің химиялық әсер етуіне негізделген. Химиялық тазартуда конденсация, тотығу, нейтрализация реакциясы жүреді, нәтижесінде улы емес, патогенді емес заттар пайда болады, ағын суды нейтрализациялайды, ағын суда ерігіш қосылыстар ерімеуге өтеді және тұнбаға түседі. Бұл химиялық тазарту әдісінде реагенттің үлкен шығынының болуына байланысты және келесідей басқа тазарту әдістері талап етіледі.

Термиялық тазарту. Термиялық тазарту құрамында минералды, органикалық, улы заттары бар өндірістік ағын суды зиянсыздау болып саналады.Термиялық әдіспен ағын судағы қатты қалдықты және жанғанан кейін алынған улы емес өнімді жоғарғы температурада толығымен жою болып саналады. Кейбір жағдайда ағын суды булайды, ал ластанған концентрленген қоюланған ерітіндіні арнайы орындарға көму арқылы жояды.Термиялық жолмен тазару әдісі су қоймасындағы тастандылар толығымен тазартылады, бірақ үлкен көлемдегі суды буландыруға энергияның үлкен шығыны қажет етіледі.

Биологиялық тазарту. Биологиялық тазартуда микроорганизмдердің қабілетін пайдалану негізделген, микроорганизмдердің қоректік субстраты ретінде ағын судың құрамындағы көптеген органикалық және бейорганикалық қосылыстар, саналады.

Биологиялық тазарту әдісі, өндірістің ағын суын тазартуда кең таралған әдіс болып саналады, ал өнеркәсіптерде биотехнологиялық өндірістің негізгі әдісі болып саналады. Бұл әдістің артықшылығы болып ағын судың құрамындағы әртүрлі органикалық және бейорганикалық қосылысттардан соның ішіндегі улы заттарды жоюға мүмкіндігі бар екендігі саналады. Ағын суды биологиялық тазарту процесіндегі микроороганизмдермен тотығатын заттардың бір бөлігі қолданылып биомасса пайда болады, ал басқа бөлігі зиянды емес өнімнің тотығуына айналады: Н₂О, СО₂, NO₂ және т.б.

Ағын суды тазартуда аэробты және анаэробты микроорганизмдер қолданылуы мүмкін. Аэробты әдіс кең таралған, микроорганизмдерді үздіксіз культивирлеу беттік немесе түптік культивирлеу әдісіне негізделген.

Ағын суды биологиялық тазартудың технологиялық сызба – нұсқасы биотехнологиялық өндірісте типтік сызба – нұсқа болып саналады. Микроорганизмдердің қоректік ортасы ретінде қазіргі кезде ағын су қолданылады, оның құрамында барлық биогенді элементтер – көмірсу, сутегі, оттегі, күкірт және басқа да микроэлементтер болады. Жасушаның өсуіне жетіспейтін элементтер (азот, фосфор, калий) ағын суға тұз түрінде немесе тұрмыстық ағын суға міндетті түрде қосады.

Ағын судағы қоспаның концентрациясы жоғары болғандықтан оны сұйылтады, олай болса заттың белгілі концентрациясында микроорганизмдердің ферментативті активтілігінің жоғарылағаны байқалады.

Ағын суды биологиялық тазарту процесінде залалсыздандыру қажет емес және ашық аппараттарда залалсызданбаған ауаны беру арқылы орындалады. Биологиялық жолмен тазарту беттік культивирлеу әдісімен ағын суды тазартатын аппараттарда жүргізіледі, оны биологиялық фильтрлеу деп атайды, ал түптік әдіспен культивирлеу аэротенкада жүргізіледі.

Биофильтрде ағын суды тазарту. Ағын суды биофильтрде тазартуда иммобилизденген жасушаны қолдану процесін жатқызуға болады. Бұл процесте активті болып тірі микроорганизмдер саналады, (иммобилизденген) қатты тасымалдағыштың бетіне жабысқан сілекейлі биоқабықша түрінде болады. Биоқабықша ол әртүрлі жүйелі топтағы күрделі комплексті микроорганизмдер болып келеді. Биоқабықшада ең ірі микрооганизмдердің тобы – бактерия болады.

84 сурет - Биофильтрдің жұмыс істеуінің сызба - нұсқасы

1-түбі; 2-тор; 3-фильтрлеуші материал; 4-суды таратушы қондырғы.

Тасымалдағыш немесе ертеректе фильтрлеуші материал ретінде қабылдағандай биофильтрдегі фильтрлеуші материалдың көлемі 25-50 мм щебень, ұсақ жұмыр тас, шлак, кокс сияқты болып келетін дән тәрізді материалдар қолданылады,ал соңғы кезде -ұяшық пластинка қолданылады. Биофильтрдің құрылысы тік бұрышты немесе түбі екі қабат дөңгелек болып келеді (84 сурет). Торға фильтрлеуші материал салынады, ал төменгі ұстағыш қабат ірілеу дән тәрізді материал 60-100 мм болып келеді.

Биофльтрдің жоғарғы жағында фильтрлеуші материалдың астыңғы жағына суды реттеп таратушы қондырғы орнатылады. Биофильтрдің жұмыс істеу принципі келесідей. Су алдын ала механикалық қоспадан тазартылып суды фильтрлеуші материал қабат арқылы өткізіледі, біраз уақыт өткен соң материалдың бетін микроорганизмдер массасынан тұратын биологиялық сілекейлі қабат жабады. Микроорганизмдер ауа мен контактіде байланыста болып, ағын судағы органикалық заттарды эффективті тотықтыра бастайды. Ағын суды реттеп жіберуші қондырғы арқылы азырақ бөліктен аз-аздап жіберіп отырады.Үзіліс кезінде биоқабаттың активтілігі қалпына келеді. Тотығу процесін ұстауда фильтрге төменнен ауа беріледі. Кішірек фильтрге ауа табиғи желдеткіштен түседі, ал өнімділігі үлкен фильтрге желдеткіш арқылы ауа беріледі. Ағын су фильтрлеуші материал арқылы өтеді де қоспалардан тазартылады және тордың саңылауы арқылы науаға жіберіледі.

Фильтрлеуші материалдың бетіне үздіксіз микроорганизмдердің өсу процесі және микроорганизмдердің өлу процесі болады. Өлген микроорганизмдер ағып жатқан сумен жуылып және биофильтрден ығыстырылып шығарылады. Тазартылған су сол жерден шығарылған бөлшектер биоқабықшаға тұнады, биофильтрден тұндырғышқа келіп түседі, содан кейін суды су қоймасына жіберуге болады.

Биофильтрде ағын суды тазарту тиімділігі жоғары және ОБТ 90 % дейін жетеді. Кейде биофильтрдің көптеген кемшіліктері бар, процесті басқару қиындығы.Сондықтан биофильтрдің қазіргі заманға сай құрылысы өңделіп, жоғарғы жылдамдықпен тазартылған су беріледі.

Ағын суды тазарту және оның қолданылуы

Қалалық ағын суларды тұндыруды өңдеу дәрежесіне байланысты әдетте қатты заттардан тұратын біріншілікке (өңделмеген) бөледі, екіншілікке онда қатты заттар екінші тұндырғаннан кейін бөлінеді немесе тазарту қондырғылары бар биофильтрлерде тұндырылады, үшіншілік – ағын суды үшінші рет тұндырудың нәтижесіндігі (әк және саз) анаэробты жағдайда қатты шірітілген тұнба.

Кептіргенге дейін тұнбаның құрамында мол мөлшерде ылғал болады (95% дейін). Ашыту арқылы тұнбаны бірқатар тұрақтандырғаннан кейін құрамындағы заттар 30% құрайды.

Қалалық ағын сулардың құрамындағы органикалық заттардың мөлшері қатты шіріген тұнбада 50% өңделмеген тұнбада 70% дейін ауытқып отырады. Қарапайым тұнбаның химиялық құрамы келесі: азот (N)-2% дейін, фосфор (Р₂О₅) – 4%, калий – 0,5% дейін мәліметті құрайды. Аз мөлшерде Cd, Cu, N, Zn, Hg және Pb табылған. Бірақ отын ретінде тұнбаны іс жүзінде қолдану бірқатар қиыншылықтарға байланысты ылғал мөлшерінің көпшілгі тұнбаны кептірусіз қолдануға мүмкіндік жасамайды, ал оны кептіруде оның жану процесінде бөлінетін барлық энергия толығымен жұмсалады. Ағын суды тазартуда метан ашу процесі қолданылады, ол реакторларда( метантенкте) жүргізіледі негізінен екі типті: биомассаны (фиксацияланған) реакторда іске асырылады. Анаэробты бактериялар көмірсуларды, майларды, ақуыздарды, нуклеин қышқылдарын деградациялаудан кейін жеке мұнай химиялық өндірістің көптеген қалдықтарын ыдырататын қасиетке ие, мысалға бензой қышқылы:

4С₆Н₅СООН - 15СН₄ + 13СО₂

Анаэробтардың адаптацияланған ассоциациясы ацетальдегид, ацетон, бутанол, этилацетат, этилакрилат, нитробензол, фенол, пропанол, пропиленгликоль, фумар және валериан қышқылын, винилацетат, парафин, жасанды талшықтарды және басқа да көптеген заттарды деградациялайды.

Күн энергиясының қайта түзілуінің биотехнологиясы

Фотосинтез кезінде күн энергиясын өзіне қабылдап сіңіруші көк жасыл өсімдіктер, оны химиялық энергия түрінде қанттарда жинақтайды. Ол энергия диссимиляцияға дейін сақталады. Егер өсімдік басқа организмге (солардың ішінде микробтарға да) қорек болса, қанттағы жасырын энергия сол организмге ауысады да, сонда жүретін тіршілік процестеріне көмектеседі.

Барлық тапшы заттардың өсуі кеннің отын ресурсы бірінші жоспардағы проблема қойылған және биожүйе есебінде шикізаты: өсімдік және фототрофты микроорганизм, жоғарғы қарқынды күн энергиясын конвентирлеуші химиялық байланыстағы энергия. Күн энергиясының қоры өте үлкен: жер бетіне шамамен 5·10²⁰ ккал энергия жылына түседі, кен орындарынан алынған отын есебіндегі әлемдік энергетикалардың қазіргі деңгейінен 10000 есе күн энергиясы асып түседі. Күн энергиясы қазір және болашақта адам баласының энергияны, газды тұтыну деңгейін қамтамасыз етуге қабілеті жетеді. Жердегі жалпы шөл аумаққа түсетін күн энергиясының саны (2·10⁷км²), 5·10¹⁸кВт сағ. жетеді. Егерде бұл энергияны сіңіретін 5% болса, онда әлемдік энергетиканың өсу деңгейі 200 есеге өседі. Егерде жер бетіндегі тұрғындардың саны 10 млрд. адам болса да, онда энергия жер бетінен алынса, 10-12 есе тұтыну қажеттілігі жоғарылайды. Теңіз бен көл бетіне түскен күн энергиясын тұтынуға зерттеулер жасалуда. Күн энергиясын ірі масштабта қайта өңдеуде болашақта биожүйені қолдану әдісіне негізделген. Биожүйені кеңінен қолданғанда экономикасы дамыған елдер үшін энергия өндірісі 15% жоғары энергияны алу үшін қамтамасыз етуге қабілетті бар.

Соңғы 10-15 жылда фотосинтезде күн энергиясының биотрансформациясының жаңа алу жолдары белгіленді. Мкробиологиялық жүйеде фотосинтездің жоғарғы тиімділігі сипатталып бекітілген. Суды фото ыдырату, хлорелла суспензиясы мен оттегінің пайда болуымен жүзеге асырылады,культивирлеудің қолайлы жағдайында тәулігіне 1м² бетін шағылыстыратын 130-140 л газды береді .

Белгілі, фотосинтез процесінің ерекшелігінің біреуі жарықтың қарқындылығының жоғарғы мәнінде күн энергиясының пайда болуының тиімділігі кемиді. Жарықтың қарқынды болуынан фотосинтездің тиімділігін жоғарылатуға жаңа технология мүмкіндік жасайды. Жарықты тиімді жұтуға жүйелер жасалады және пигментке қарағанда реакциялық орталығы байытылған. Электронды тасымалдау жылдамдығының ұлғаюынан сондай-ақ фотосинтез жарығының қисығы жақсарады. Мысалы, жоғарғы температурада процесті жүргізгенде жүйеде термофильді микроорганизмдер жоғарғы қарқынды жарықта күн энергиясының қайта жаңарту тиімділігін ұлғайтады.

Қазба байлықтың отын ресурстарының сарқылып таусылуына байланысты көптеген елдерде жаңа энергия көздері іздестірілуде. Осындай энергия көздерінің бірі болып биомасса табылады, өсімдікті фотосинтез жолымен генерирлеу арқылы бұдан биотехнология әдісі бойынша сұйық немесе газ тәрізді отын алуға болады.

Атап өту керек, биомасса қазба байлықтың энергия көздерінен – мұнай, табиғи газ және көмірге қарағанда ерекше болып, жаңартылған энергия көзі болып табылады. Ауылшаруашылығының ағаш өнімдерін, сулы өсімдіктерді өңдегендегі биомасса көздерінен қалдықтар пайда болады, олар органикалық материалдар, олардан жарамды қосымша энергия алуға болады. Қазіргі кезде энергияны және отынды биомасса қалдықтарынан өндіру биологиялық өңдеу болып табылады.

Биоотын алу

Табиғи қазба байлық экономика жағынан тиімді қор болып саналады. Біздің елімізде сәл де болса қолайсыздау болып энергия көзі саналуда. Қазіргі кезде энергияны қажет ету АҚШ-та 33,9 % мұнайдың арқасында, 18% көмірдің арқасында, ал газдың арқасында 18% алмастырылып отыр. Осындай жағдайлар басқа да елдерде мұнай мен газдың қоры ХІХ ғасырдың екінші жартысында азая бастады. Көптеген экспорттар, сұйық және газ тәрізді отынды өсімдік тектес заттардан алу әдісін өңдеуде, демек шикізатты жаңартуда. Ағашты химиялық жолмен гидролиз әдісімен және ауыл шаруашылық қалдықтарынан азықтық ашытқы, этанол алуда. Гидролиз өндірісінде целлюлозаны және гемицеллюлозаны гексозаға және пептозаға, этанолға дейін ыдырату немесе ақуызға бай биомассаға айналдырады.

Лигноцеллюлозды шикізаттан этанолды алу талқыланып, қана жатқан жоқ, гидролиз және ферментацияны ферментативті гидролизді біріктіру әдісі пайда болуда. Бұл жағдайда шикізатты алдын -ала термомеханикалық өңдеу жасалуда. Мұндай шикізаттың биоконверсиялық мүмкіндігі көрсетілген метанда анаэробты ашу процесінде. Басқа елдерде лигноцеллюлозалы шикізатынан сұйық және газ тәрізді отын алу технологиясын өңдеуде. Сондай-ақ әр түрлі химиялық заттар. Лигноцеллюлоз шикізаттын алдын ала өңдеудің жаңа әдісін қолдану және гидролиздің ферменттативті процесін біріктіріп этанолда көмірсудың биотехнологиялық конверсиясы этанолдың бағасын 1л спиртті 0,95-0,36 долл. төмендетуге мүмкіндік жасайды.

Бензинді кең көлемде автомобиль көліктеріне қолданады. Көптеген елдер әсіресе мұнай қазбалары жоқ жерде бензинді алмастырғыш іздестірілуде, олар басқа елдерге мұнай импортына тәуелділігін жоюда. Осындай жолдың бірі болып бензинді этил спиртімен алмастырды, оны микробиологиялық синтез арқылы алуға болады.

Бәріне белгілі микроорганизмдер оттегінің қатысуымен қантты диоксид көміртегіне және суға ыдыратады. Бірақ кейбір микроорганизмдер оттегі жоқ болса да органикалық қосылыстарды ыдыратады, этил спиртінің түзілуімен әсіресе қантты. Мұндай микроорганизмдер факультативті, сонымен қатар олар оттегінің қатысуымен де оттегінің қатысуынсыз да әрмен қарай дамиды. Егерде ферментация кезінде жеткілікті мөлшерде оттегі болып тұрса, онда ферментация процесі соңғы өнімге дейін көміртегі диоксидіне және суға дейін жүреді. Этил спирті анаэробты жағдайдағы факультативті микроорганизмдер толық қышқылданбаған кездегі аралық өнім.

Этил спиртін микроорганизмдердің көмегімен алу бәріне белгілі процесс, бірақ оны енді моторлы отын алу ретінде қарастырып жатыр.

Бірқатар елдерде карбираторларға отын ретінде этил спиртімен бензин қоспасын қолданады. Бұл қоспа 10 – 20% этил спиртін құрайтын қоспаны газоголь деп атайды. Октанның саны газоголде бензинге қарағанда жоғары, автомобилдің 1км жүрген жолының газоголь шығыны таза бензинмен бірдей демек, мұнайды үнемдейді және атмосфераны токсинді заттармен аз мөлшерде ластайды. Двигательді модернизациялаудан кейін моторлы отын ретінде техникалық этил спиртін бензин қоспай – ақ қолдануға болады.

Этил спирті бензинмен бәсекелес болмау үшін, оны арзан шикізатта өндіру қажет. Этил спиртін анаэробты ферментация әдісімен өңдеу кезінде субстрат ретінде жоғары крахмал немесе қант құрайтын кез келген ауылшаруашылық культурасы қолданылады, целлюлоза қоспасы бар материялдар көп. Этил спиртінің шикізаты ретінде тамақ өнімдері өндірісіндегі қалдықтар, әсіресе меласса - қант өндірісінің қалдығы және сүттің сарысуы – ірімшік өндірісінің қалдығы саналады.

Этил спиртін алудағы ең күшті көміртегі көзі болып құрамында целлюлоза құрайтын қалдықтар саналады. Этил спиртін алу үшін микробиологиялық синтез бойынша негізгі үш сатылардан тұрады, бұл процестің тиімділігіне әсер етеді:

1. субстратты дайындау

2. ферментация

3. этил спиртін бөліп алу

Алдын-ала субстратты дайындауға ферментация процесі үшін оның шикізатына байланысты болады. Ондай шикізат көздері құрамында сахароза бар қант қамысы немесе қант қызылшасы бола алады, олар микроорганизмдерді пайдалана алады, арнайы дайындықты қажет етпейді. Қант өндірісінің өнімі – меласса, сол сияқты жақсы дайындықты қажет етпейді, этил спиртін дайындау үшін қажет субстрат болып саналады. Спирттік ашу үшін шикізатты дайындағанда өсімдік қалдықтары үшін химиялық және физикалық әдістерді қолданып, ағаш қалдықтарын полисахаридтердің гидролизін моносахаридке дейін ыдыратады. Өткен жүз жылдықта қант, ашытқы этил спирті өндірісі үшін және сол сияқты өсімдік шикізатын пайдалануда көптеген тәжірибелер жинақталған. Көптеген елдердің ғалымдары осы тәжірибелерді отын – энергетика мәселелерін шешуде қолдануда. Өсімдік шикізатының гидролиз процесі этил спиртінің өндірісі үшін еңбек ету жұмысы көлемді және қымбат, сондықтан зерттеулердің басты мәселесі жаңа гиролиз әдістерін және целлюлозасы бар шикізатты өңдеу арқылы гидролиз алды. АҚШ-та этил спиртін алу туралы ұсыныс жасалған. Ол целлюлозасы бар шикізатты микроскопиялық саңырауқұлақтармен қанттандыру және пайда болған қантты ашыту. Мұндай екі микробиологиялық әдісті қанттандыру және ашыту процестерін біріктіру гидролиз процесінен құтылады, сонымен қатар этил спиртінің шығымын жоғарылатады және ферментация процесінің уақытын азайтады. Этил спиртін алатын көмірсулардың ферментация процесі де үздіксіз жетілдіріліп келеді. Ортада этил спиртінің жоғарғы концентрациясына тұрақты және термофильді қасиеті бар бактериялар мен ашытқылардың жаңа штамдары іздестірілуде. Бірқатар елдерде өңделген ферментацияның жаңа әдісі болып иммобилизденген формадағы бактериялар мен ашытқылар қолданыс табуда. Сонымен Жапонияда иммобилизденген ашытқылар түйіршіктерін қолдану арқылы қамыс мелассасынан этил спиртін өндіретін тәжірибелі - өндірістік қондырғылар жұмыс жасауда.

Этил спиртінің бағасы оны культуральды сұйықтықтан бөліп алуда қолданылатын концентрлеу мен залаласыздау процесіне тәуелді. Дәстүрлі дистилляциядан басқа энергия шығынын аз қажет ететін әтүрлі адсорбциялы және экстракционды әдістер ұсынылады. Мотор жанармайы ретінде қолданылатын этил спиртінің микробиологиялық өндірісі Бразилия мен АҚШ-та кеңінен қолданылады. Бразилияда барлық автомобилдердің жартысына жуығы газогольге жұмыс жасайды, ал қалған машиналар техникалық этил спиртіне көшуді қолдайды. АҚШ-та соңғы жылдары этил спиртін микробиологиялық әдіспен өңдеу қарқынды өсуде. Этил спиртін микробиологиялық әдіспен өңдеу Австралия, Жаңа Зеландияда және көптеген дамып келе жатқан елдерде дамуда.

Отын ретінде этанолды алу.Этанол – экологиялық таза отын, СО₂ және Н₂О бөлінеді. Ол таза түрінде немесе 10-12% бензинге қоспа ретінде қолданылады, двигатель ішінде жанады.

Бразилияда 1983 жылы 75% автокөліктер 95% этанолда жұмыс жасайды, ал қалғаны газоголде жүреді. АҚШ-та қолданып жүрген бензинге 10% этанолды қосу ұсынылған. Этанолды кеңінен қолдану Батыс Европа елдерінде жоспарланған.

Егіс алаңдарында мол мөлшерде ауыл шаруашылық культурасын өсіру қолға алынған, одан биотехнологиялық жолмен этанол алуға, өсімдік шикізатынан этанол алу өндірісін қалдықсыз технология деп санайды.

Биогаз алу. Жаңа энергия көздерін іздеу, бір жағынан қоршаған ортаны ластаудан қорғау, бір жағынан әртүрлі органикалық қалдықтардан газ тәрізді отын алу. Органикалық заттардың ыдырауынан табиғатта микроорганизмдер және анаэробты жағдайларда метан түзіледі. Бұл процесс әдетте нашар аэрирлейтін балшықта илді грунт көлдерде және т.б. жүргізіледі. Органикалық заттардың метанға және диоксид көміртегіне ыдырауы анаэробты ферментация бактериялардың әсер етуімен жүреді.

Дамып келе жатқан елдерде энергетикалық ресурстарын өте қажет етеді, жергілікті энергия көздерін қолданып, сонымен қатар ауылшаруашылық қалдықтарын қолданып биогазды өңдеу қажеттілікті өтеуге болады. Индияда бір отбасында 3-5 жануарлары бар үйлерде кішігірім биогаз қондырғылары бар екен. Осындай қондырғылар энергия қолданудың тек кішкентай ғана аумағын қамтиды. Ұжымды қондырғылар тиімді 250 жануарлары бар 100 отбасына есептелген. Мұндай қондырғы бір ауылды энергиямен бір жыл қамтамасыз ете алады екен.

1986-1990 жылдары бірнеше жүздеген шошқа комплексін тұрғызу жоспарланған. Тек мал шаруашылық қалдықтарын өңдеудің өзі миллиардтаған кубметр биогазбен, миллиондаған тонна қымбат тыңайтқыштармен қамтамасыз етеді екен. Қалалық, тұрмыстық қалдықтарды және сұйық ағымдарды утилизациялауда қомақты қосымша энергия мөлшерін бере алады екен.

Технологиялық биоэнергетика

Технологиялық биоэнергетика – фотосинтез кезінде энергия қорын жинайтын, энергияны тиімді пайдаланатын биотехнологияның бағыттың бірі. Бұған мынадай жолмен жетуге болады.

1. Арзан және калориясы жоғары отын -метанол жән басқа көмірсуда этанолда және т.б. фотосинтездердің жиналуының нәтижесінде биомассаға өзгеруінен жетуге болады;

2. Фотосинтез процесінің модификациясы энергия жарығын максималды тиімді қолдану нәтижесінде көмірсудың пайда болуы немесе басқа отынның пайда болуы, СО₂ фотоассимиляция сатысы және жасуша компонентінің синтезі болады. Теориялық өңдеу деңгейінде күн сәулесінен электр энергиясының пайда болуы туралы ойлар туындайды (биофотоэлектрлік энергияның күн энергиясына ауысуы).

Алдымен биомассаны қолдану жолын қарастырамыз, бірінші орында өсімдік ресурстарының дүние жүзінде мөлшері мол және жылына құрғақ зат ретінде 100 млрд. тонна бағаланады. Адам баласы оның аз ғана бөлігін жұмсайды және бұл бөлігі дүние жүзіндегі энергияның 14%-ін тұтынады. Биомасса жаңарып қойған жоқ ол энергия көзі және пайдалы байлық қорын беретін альтернатив.