Экон_орган-1

В России генетически модифицированные растения пока выращиваются на опытных участках для оценки биобезопасности. Разрешено использование сои и сахарной свеклы, устойчивых к раундапу, картофеля — к колорадскому жуку, кукурузы — к раундапу, глюфосинату и стеблевому мотыльку. Центр генетической инженерии РАН уже несколько лет на основании договора с фирмой «Монсанто» (США) работает над созданием собственных сортов картофеля, устойчивых к колорадскому жуку.

Внашей республике работы по разработке технологий создания трансгенных растений были начаты в середине 90-х годов в НАН Беларуси (Институте генетики и цитологии и Институте картофелеводства совместно с Центром генетической инженерии РАН, Москва).

Внастоящее время в рамках ГП «Разработка и использование генноинженерных биотехнологий в интересах сельского хозяйства и медицины» (2002—2006 гг.) работы по трансформации растений развернуты и в других институтах НАН Беларуси — Институте биофизики и клеточной инженерии, Центральном ботаническом саду, Институте леса, Институте биоорганической химии.

Ведутся исследования по созданию трансгенных растений картофеля, устойчивых к У-вирусу и к некоторым грибным болезням; растений ячменя, устойчивых к гербициду фосфинотрицину (Баста); растений рапса, устойчивых к гербициду фосфинотрицину и тяжелым металлам.

Разрабатываются эффективные методики регенерации in vitro и создания

трансгенных растений голубики высокорослой и клюквы крупноплодной с улучшенными вкусовыми качествами, трансгенных растений березы, способных расти на загрязненных тяжелыми металлами почвах.

Так, в Институте картофелеводства среди трансгенного селекционного ма­ териала, предоставленного Центром генетической инженерии РАН (Москва) выделены клоны картофеля, высокоиммунные к У-вирусу. Данные клоны предполагается использовать в традиционной селекции вирусоустойчивых сортов картофеля.

ВИнституте генетики и цитологии созданы трансгенные клоны картофеля с геном хитиназы. Начата их оценка на устойчивость к грибным болезням.

Вэтом же институте созданы векторные конструкции с бактериальными генами, синтезирующими рамнолипиды. Созданные трансгенные растения табака и арабидопсиса с этими генами характеризуются очень высокой устойчивостью к тяжелым металлам и способны деградировать нефтепродукты. Данная технология сейчас используется для создания трансгенных растений рапса и березы, способных расти на загрязненных почвах.

ВБГУ на биологическом факультете ведутся работы по клонированию бактериальных генов, которые предполагается использовать для создания трансгенных растений, устойчивых к болезням.

Институт генетики и цитологии НАН Беларуси начал совместные исследования с Институтом общей генетики РАН (Москва) по созданию трансгенных растений картофеля, устойчивых к колорадскому жуку. В этом же институте разработан метод ДНК-паспортизации сортов сельскохозяйственных культур, позволяющий с высокой точностью идентифицировать сорта культур и определять их чистоту. Разработаны молекулярные методы, позволяю-

451

щие в лабораторных условиях определять наличие в сортах генов, ответственных за отдельные хозяйственно ценные признаки (устойчивость к болезням, качество муки, короткостебельность и др.)

Генетическая инженерия в животноводстве. Несмотря на то, что первые трансгенные животные были получены более 20 лет назад, до сих пор на рынке нет ни одного генетически модифицированного животного для использования в хозяйственной деятельности. Это связано с определенными техническими (сложность получения и размножения), финансовыми, а иногда и этическими проблемами. Тем не менее успехи в генетической инженерии животных очевидны. Разработаны различные методы переноса генов в генетический материал животных и получены трансгенные особи у млекопитающих, низших позвоночных и у беспозвоночных животных. Созданы эффективные технологии клонирования, основанные на замене ядер у оплодотворенных яйцеклеток. Ученые научились не только переносить в генетический материал животных отдельные гены, но и «выключать» или заменять некоторые конкретные гены.

Безусловно, основным направлением исследований в области генетической инженерии животных является выведение пород с повышенной продуктивностью, устойчивостью к болезням, из которых можно получать продукцию с новыми, привлекательными для потребителя качественными характеристиками. В этом направлении уже получены трансгенные формы разных видов рыб, в геном которых добавлен ген, кодирующий биосинтез гормона роста. Благодаря этому рыбы быстрее растут, эффективнее используют корма. Трансгенные свиньи с добавлением в геном гормона роста более мускулистые и менее жирные, т. е. из туши трансгенного кабана можно получить больше мяса, чем из обычного, и меньше сала.

Свиньи с добавленным геном фитазы (один из ферментов переваривания пищи) лучше усваивают корма за счет лучшей усвояемости фосфора, что выражается в усилении их роста, к тому же это снижает загрязнение окружающей среды фосфатами. Трансгенные свиноматки с добавленным им геном α-лактальбумина более эффективно вскармливают своих поросят.

Вто же время конкретного практического выхода следует ожидать уже

вближайшее время в таком важном направлении генетической инженерии, как использование животных в качестве «биореакторов» для производства фармацевтических препаратов.

Что может дать человечеству использование животных-биореакторов мож­ но проиллюстрировать на следующем примере. Совместным проектом российских и белорусских ученых предусмотрено создание системы производства двух лекарственных протеинов: проурокиназы и лактоферрина человека

вмолоке трансгенных коз. Проурокиназа — мощный тромболический фермент, использование которого в первые часы после наступления инфаркта миокарда в 5 раз снижает смертность от этого заболевания. Стоимость одного курса лечения проурокиназой составляет в настоящее время около 1000 долларов США, что делает этот препарат малодоступным для большинства граждан. Между тем в таком лечении в России и Беларуси нуждаются более 400 тысяч кардиологических больных. Лактоферрин — белок женского молока стоимостью 2000—2600 долларов США за 1 г, препараты которого обладают

452

сильным детоксицирующим, антибактериальным и противовоспалительным действием. Применение лактоферрина как пищевой добавки позволяет снизить в 10 раз заболеваемость гастроэнтеритами у грудных детей-искусствен- ников. Годовая потребность в проурокиназе и лактоферрине в мире оценивается в 6,5 млрд долларов США. Использование трансгенных животных снизит стоимость этих и большинства других подобных препаратов в 10—20 раз, что позволит перевести многие лекарства из разряда элитных в число общедоступных.

18.5.Проблемы рационального энергопотребления

вАПК Республики Беларусь

Проблемы получения и использования различных видов энергии всегда находились в центре внимания человеческого общества. Мировое потребление энергии стало соизмеримым с запасами горючих ископаемых — базой современной энергетики. То, что природой создавалось на протяжении геологических эпох (миллионов лет), расходуется в течение нескольких десятилетий. Если до 1980 г. всего в мире было добыто 210 млрд т условного топлива (т у. т.), то за 20 последних лет ХХ века использовано в 1,3 раза больше, что грозит не только исчерпанием легкодоступных, дешевых месторождений, но и серьезными экологическими осложнениями.

Решение энергетической проблемы в глобальном масштабе связано с поиском новых видов энергии, обычно до их появления использование традиционных источников должно сопровождаться глубоко продуманной энергосберегающей политикой. Известно, чтобы сберечь 1 т сырья, топлива или материалов, нужно затратить в 3—4 раза меньше средств, чем получить ту же тонну первичных ресурсов. Об этом красноречиво свидетельствует опыт развитых стран, которые за два последних десятилетия достигли в этом направлении существенных успехов.

Энергетика оказывает заметное влияние как на технологии сельского хозяйства, так и на деятельность фирм, связанных с его материально-техничес- ким обеспечением. Необходимость рационального использования энергии приводит к сокращению энергоемких технологий. Например, в Швеции резко сократилось производство травяной муки, из ранее действующих 35 предприятий осталось 10. Наметилась тенденция более широкого использования силоса, не только из-за стремления повысить ценность кормов, но и с точки зрения уменьшения энергетических затрат на сушку сена. Более широко начала применяться технология хранения влажного фуражного зерна с использованием химических и биологических консервантов. Планируется увеличение посевов бобовых культур, что позволит экономить азотные удобрения и тем самым энергию, связанную с их производством.

Селекционеры также учитывают потребность сортов к энергии. Выведен­ ный селекционной фирмой «Вейбулл АБ» сорт томатов Ида требует более низкой температуры (16 °С вместо 18 °С у обычных сортов). При обработке почвы и севе шире стали применяться комбинированные орудия. Ведутся

453

исследования по минимальной обработке почвы с целью снижения энергетических затрат.

Большое значение придается регенерации и утилизации тепла, выделяемого животными, и тепла, используемого при сушке, сокращению тепловых потерь путем лучшей изоляции.

Определенное применение начали получать солнечные установки для сушки зерна, сена, обогрева помещений, биогазовые установки, тепло земли.

В развитых европейских странах при росте валового национального продукта на 13% потребление энергии в 1985 г. оказалось на 6% ниже, чем в 1979 г. В Японии, где валовой национальный продукт повышался в 1980—1985 гг.

всреднем на 4,6% в год, энергопотребление не увеличивалось совершенно. Конкурентоспособную продукцию растениеводства и животноводства

внынешних условиях невозможно получить без высокого уровня механизации технологических процессов. Необходимо оснастить село высокопроизводительной и надежной техникой, которая обеспечит высококачественное выполнение технологических операций, позволит снизить расход топлива и других ресурсов на единицу производимой продукции и сократить все виды потерь. Поэтому обоснование перспективных ресурсосберегающих механизированных технологий, прогнозирование рациональных параметров машин и агрегатов, формирование оптимальных составов и планов использования машинно-тракторного парка — непременные предпосылки успешного создания, производства и использования новой техники.

История человечества показывает, что каждый новый этап цивилизации люди преодолевали благодаря применению нового вида энергии. Уровень развития общества, его производительных сил обеспечивался прежде всего энергетической базой. И сегодня, если в развитых странах находит широкое применение ядерная энергия, то в странах, находящихся на противоположном полюсе развития, основной энергетики является мускульная сила человека и домашних животных. При этом надо отметить, что переход в технически развитом обществе от энергии угля к энергии ядра урана имеет меньшее значение, чем переход на заре технического века от энергии лошади к энергии ветра и воды. Можно сказать, что только тогда, когда человек смог привлечь к своей деятельности естественные силы природы, ее возобновляемую энергию, он стал на путь настоящего развития.

Потребность в освоении и развитии возобновляемых источников энергии по мере возрастания потребности в топливе, особенно в нефти и газе, становится все более очевидной. Это особенно актуально для стран, отнесенных к категории развивающихся, имеющих интенсивный прирост населения.

Непрерывный рост цен на энергоносители — это лишь внешнее проявление объективных причин, имеющих глубокий и глобальный характер. Еще

вбытность СССР экономическая сторона энергетической проблемы вызывала обоснованную тревогу. Потребности страны в топливе с каждым годом росли, а его производство из-за перемещения источников на восток и север

втруднодоступные, необжитые места обходилось все дороже.

Для Беларуси энергетическая проблема отличается особой остротой: энергоемкие отрасли промышленности (химическая и нефтехимическая, маши-

454

ностроение и металлообработка, производство строительных материалов) лишь на 10—13% могут удовлетворить свои потребности энергетическими ресурсами страны.

Независимо от отношения к атомной энергетике, энергетические программы всех стран содержат, как правило, два основных пункта, направленных на улучшение обеспечения энергией: развитие энергетики на возобновляемых источниках энергии; повышение эффективности использования энергии.

Оценить потенциальные возможности источников возобновляемой энергии можно исходя из предположения, что при рациональном ее использовании для создания комфортных условий жизни требуется в среднем 2 кВт на человека. С каждого квадратного метра земной поверхности можно получать, используя различные источники возобновляемой энергии, в среднем 500 Вт мощности. Если считать, что эффективность преобразования этой энергии в удобную для потребления форму всего 4%, то для мощности 2 кВт требуется площадь 100 м2. Средняя плотность населения в городах, с учетом пригородной зоны, примерно 500 человек на 1 км2. Для обеспечения их энергией из расчета 2 кВт на человека необходимо с 1 км2 снимать 1000 кВт, т. е. достаточно всего 5% занимаемой ими площади. Таким образом, возобновляемые источники энергии могут вполне обеспечить удовлетворительный уровень жизни, если будут найдены приемлемые по стоимости методы ее преобразования.

Все источники энергии можно разделить на два класса.

1.Возобновляемые источники энергии — это источники на основе постоян­ но существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Типичный пример такого источника — солнечное излучение

схарактерным периодом повторения 24 ч. Возобновляемая энергия присутствует в окружающей среде в виде энергии, которая не является следствием целенаправленной деятельности человека, и это ее отличительный признак.

2.Невозобновляемые источники энергии — это природные запасы веществ и материалов, которые могут быть использованы человеком для производства энергии. Примером могут служить ядерное топливо, уголь, нефть, газ. Энергия невозобновляемых источников, в отличие от возобновляемых, находится в природе в связанном виде и высвобождается вследствие целенаправленной деятельности человека. Для этого вида энергии применяют термины: традиционная ископаемая, истощаемая.

Сравнивая характеристики энергосистем, использующих возобновляемые и невозобновляемые источники энергии, можно отметить, что применение возобновляемой энергии предпочтительно в сельском хозяйстве именно по совокупности характеристик. Для сельского хозяйства характерно сезонное использование энергооборудования сравнительно небольшой мощности, легко перемещаемого и мало зависящего от питающих сетей. При этом важна экологическая безопасность применения установок.

До XVII века солнечная энергия и энергия сжигания древесины, соломы, камыша были фактически единственными источниками энергии для человека.

Водяные мельницы существовали еще во времена Юлия Цезаря и царя Митридата. Первые упоминания о ветряках относятся к XI столетию. Но во-

455

дяные двигатели обеспечивали работу не только мельниц, но и предприятий другого назначения: крупорушек, шерстобитных, металлообрабатывающих, ткацких и т. д.

Сравнение характеристик энергосистем на возобновляемых и истощаемых источниках энергии приведены ниже.

Надо отметить, что в ХIX веке возобновляемые источники энергии еще играли весьма важную роль, прежде всего в зерноперерабатывающей промышленности. Исторические сведения показывают, что в 1849 г. в Гродненской губернии Беларуси было 39 водяных мельниц, 258 — ветряных, 261 — конных. В 1884 г. в Могилевской губернии работало 670 водяных мельниц и 89 ветряных.

456

Простые расчеты показывают, что в середине прошлого века на территории Беларуси насчитывалось 3,5—4,0 тыс. водяных мельниц и примерно 2,5— 3,0 тыс. ветряков. Есть данные, что ветряных установок по всей России в это время насчитывалось около 150 тысяч.

На смену ветру и воде пришли паровые машины, но их первые образцы также использовали возобновляемую энергию в виде биомассы, и лишь в конце XIX века настала эра ископаемых видов энергии: угля, нефти, газа. Сейчас 20% мирового производства энергии основывается на сжигании древесины, энергии рек и ветровой энергии, основой которых является солнечная энергия. В России и Европе доля солнечной энергии в виде биомассы и гидроэнергии составляет 6% в общем производстве энергии, а в развивающихся странах — 80%.

Ресурсы возобновляемой энергии огромны и доступные каждой стране. Количество солнечной энергии, поступающей на территорию России за неделю, превышает энергию всех российских запасов нефти, газа, угля и урана, несмотря на то, что Россия обладает 40% мировых ресурсов природного газа, 30% угля и 13% нефти.

Внастоящее время в Польше разрешена добавка к бензину до 5% обезвоженного биоэтанола, причем на бензин с добавкой ставка акцизного налога снижена на 170 злотых на тонну.

Ведущий специалист Российской Федерации академик РАСХН Д. С. Стреб­ ков дает следующую оценку возможностей применения ВИЭ в экономике всего мира и Российской Федерации.

В2050 г. объемы использования ВИЭ будут примерно 5,7—6,0 Гт н. у. т. Доля биомассы составит 2,6 Гт н. у. т., гидроэнергии — 1,21, солнечной энергии — 1,4, энергии ветра — 0,5 Гт н. у. т. В 1990 г. доля ВИЭ составляла 20% от общего мирового потребления энергетических ресурсов.

Основным видом возобновляемых энергетических ресурсов является биомасса — 12% (1,2 Гт н. у. т.), далее гидроэнергия — 6% (0,45 Гт н. у. т.), солнечная, ветровая и другие возобновляемые энергоресурсы — менее 2%.

Внастоящее время мировой годовой объем энергетического оборудования возобновляемой энергии составляет 1,6 млрд долларов с ростом объема продаж 15% в год. Установленная мощность ветровых электростанций (ВЭС) в мире составляет 4000 МВт при стоимости 1000 долл./кВт, систем солнечного отопления

игорячего водоснабжения — 20000 МВт, солнечных электростанций — 500 МВт при стоимости 8000 долл./кВт. В энергетической стратегии России предусматривается увеличение объемов использования ВИЭ от 1 млн т у. т. в настоящее время до 17 млн т у. т. в 2010 г. Гидроэнергия, которая является одним из возобновляемых энергоресурсов, указана в энергетической стратегии отдельной строкой. Производство электроэнергии на гидростанциях составляет в настоящее время 21,2 млн т у. т., в 2010 г. оно возрастет до 23,3 млн т у. т.

Как перспективные рассматриваются следующие новые технологии возобновляемой энергетики:

технологии выращивания и уборки энергетических плантаций биомассы с урожайностью до 45 т/га сухой биомассы;

газификация биомассы с получением теплоты и электроэнергии в газотурбинных установках и дизельных электрогенераторах;

457

получение жидкого и газообразного топлива из биомассы методом быстрого пиролиза;

бесплотинные и низконапорные малые гидроэлектростанции; бесхлорные технологии получения солнечного кремния из сверхчистых

кварцитов для солнечных электростанций; фотоэлектрические станции, встроенные в крыши и фасады зданий;

солнечно-водородные установки с электролизерами высокого давления и топливными элементами на основе твердых полимерных электродов;

новые технологии концентрации солнечной энергии в солнечно-топлив- ных электростанциях и солнечных тепловых установках с использованием статических призменных и голографических концентраторов;

бесшумные экологически чистые ветровые электроустановки; экологически чистые автомобили и тракторы с двигателями, работающи-

ми на биотопливе; электрический транспорт с использованием вентильного управляемого

электропривода и однопроводной системы передачи электроэнергии от энергосистем с возобновляемыми источниками энергии.

Среди методов, которые должны обеспечивать использование имеющегося потенциала в сельском хозяйстве, особенно интересны новые технологии на основе наукоемких процессов и оборудования. Это получение жидкого топлива из биомассы путем быстрого пиролиза, производство и использования жидкого биотоплива и солнечные установки на базе новых фотопреобразователей и гелиоконцентраторов.

Оценивая мировой опыт, а также учитывая собственные исследования, можно предложить следующую классификацию возможностей применения возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве республики.

Классификация возможностей применения ВИЭ в сельском хозяйстве Беларуси приведена ниже.

458

Анализируя все возможные направления применения ВИЭ, можно отметить, что в Республике Беларусь используются такие виды оборудования, как гелиоводоподогреватели ГВП-20, «Гелекс-150», ГДМ-200 и ряд других. Они позволяют экономить за летний сезон 270—450 кВт/м2. Для обеспечения сельского хозяйства республики электроэнергией необходимо иметь площадь гелиофотоэлектрических батарей примерно 17,2 км2, или 15 га на каждый район. Для удовлетворения технологических и бытовых нужд низкопотенциальной тепловой энергией путем воздухо- и водонагрева надо 4,8—5,0 млн м2 гелиоколлекторов, что позволит экономить 1,8 млрд кВт ч энергии, расходуемой сегодня на эти цели.

Наиболее предпочтительным ВИЭ для Республики Беларусь является солнечная энергия. Она требует значительно меньших капиталовложений по сравнению с ветровой, гидроэнергией и биогазовыми установками. Гелио­ оборудование просто в обслуживании, не содержит движущихся элементов, пожаробезопасно и экологически безвредно.

Одним из наиболее вероятных путей расширения применения солнечной энергии в сельском хозяйстве Беларуси является массовое применение в быту сельского населения гелиоводоподогревателей.

Расчеты показывают, что внедрение в практику только 25 тыс. гелиоустановок площадью 1,5—2,0 м2 позволяет обеспечить горячим водоснабжением около 100000 чел. и улучшить условия жизни этого населения, сократить выбросы вредных газов (СО2, NО2), сажи на 2,0—2,5 тыс. т в год; дополнительно ввести в энергобаланс республики 25—30 млн кВт ч энергии.

459

Применение энергии ветра в сельскохозяйственном производстве Респуб­ лики Беларусь на настоящем этапе развития техники не относится к числу приоритетных позиций. Беларусь находится в зоне с низким удельным ветровым потенциалом. Среднегодовая скорость ветра на большей части территории республики меньше 5 м/с, что не позволяет эффективно использовать ветроустановки мощностью до 50 кВт, которые дают возможность обеспечить потребность большинства сельскохозяйственных объектов: молочно-товарных ферм, свинокомплексов, ремонтных мастерских и т. д.

Специалисты-энергетики полагают, что для нашей республики более перспективно применение ветроустановок мощностью 150—500 кВт с высотой мачт более 20 м, однако такие установки на настоящий момент не прошли у нас производственной проверки и опыта их применения нет.

Биомасса в виде древесного топлива, торфа, отходов деревообработки, льнокостры, соломы находит широкое применение в агропромышленном комплексе.

Дрова являются основным видом топлива для большинства сельского населения республики. На производственных объектах наиболее перспективно применение газогенераторных установок, позволяющих автоматизировать работу достаточно крупных отопительных систем. В Беларуси освоен выпуск газогенераторов мощностью до 200 кВт.

Ближайшей задачей является разработка оборудования, позволяющего перевести на местные виды топлива зерносушильное хозяйство, агрегаты по приготовлению витаминной муки, сушилки льнозаводов и котельные перерабатывающих предприятий.

Конечно, применение древесного топлива потребует роста трудовых затрат, но вместе с тем использование только собственно отходов деревообработки и растительных остатков в виде костры, соломы, шелухи и т. д. позволит обеспечить замещение импорта ТЭР в объеме около 2 млн т у. т., что примерно равно количеству нефти, добываемому в республике.

Исследования по применению энергии биомассы целесообразно направить на изучение возможностей выращивания быстрорастущих пород деревьев и сортов растений, чтобы обеспечить стабильную поставку биомассы по примеру Швеции и ряда других Европейских стран.

Например, начиная с 2000 г. в Дании планируется использовать в качестве топлива 1,2 млн т соломы и 0,2 млн т древесной щепы, что эквивалентно 19 ПДж энергии (6% годового потребления энергии этой страны) и обеспечивает снижение на 20% выброса СО2 в атмосферу.

Применение для получения энергии в условиях Беларуси анаэробного сбраживания биомассы (биогазового процесса) сдерживается по двум причинам:

необходимы значительные удельные капиталовложения для сооружения биогазовых установок;

отсутствуют специализированные штаммы микроорганизмов, способные обеспечить необходимую интенсивность процесса метанового сбраживания в условиях пониженных температур.

Имеющийся опыт использования биогазовой установки «КОБОС-1» показал, что при работе на стоках молочно-товарной фермы она не обеспечивает производства товарной энергии.

460