Читать книгу 📗 "От пекарни до биофабрики. Обзор достижений биотехнологии - Реннеберг Рейнхард"
Однако спирт служит не только для получения энергии, его используют также в промышленности в качестве растворителя и в качестве исходного материала для получения красителей, искусственных волокон, клеёв и косметических изделий.
Древесные отходы также могут быть расщеплены ферментами до сахаров. В некоторых странах, богатых лесом, закладывают даже «энергетические плантации». Это быстрорастущие породы деревьев, древесина которых каждые 3—5 лет регулярно «собирается» и перерабатывается в сахар, используемый в качестве источника питания для микроорганизмов. Правда, для многих развивающихся стран древесина стала таким же дефицитным товаром, как в иных регионах продукты питания. В некоторых засушливых районах Африки годовое потребление дров на душу населения только для приготовления пищи составляет всего 0,5 м3. Последние леса «сжигаются», пустыня продвигается всё дальше. Но чем же завтра будут люди отапливать свои очаги? Биотехнология и здесь предлагает выход: получение биогаза.
Биогаз спасает тропические леса
«Блуждающие огоньки», известные из сказок и саг, зажигались там ведьмами и кобольдами [25], чтобы заманить и погубить добрых странников; в основе народного эпоса лежат вполне реальные факты: в болотах при недостатке кислорода из отмерших частей растений при участии микроорганизмов образуется болотный газ — метан, который способен самовоспламеняться; тогда-то и возникает «блуждающий огонек». Если «взболтать» ил в какой-нибудь трясине, то можно почувствовать запах «биогаза».
Метанобактерии, продуцирующие биогаз, очень чувствительны к кислороду. Предполагают, что они жили уже в первичной атмосфере Земли. Тогда в атмосфере ещё не было кислорода, зато имелись углекислый газ, водород; атмосфера имела такую температуру, которая как раз и необходима для развития метанобактерии. Если в настоящее время для них где-нибудь в болотах или искусственно в биореакторе создаются такие же условия, то они точно так же продуцируют метан. Правда, при этом они зависят от подготовительной работы других бактерий, которые прежде при помощи своих ферментов разлагают древесину, крахмал, белки и жиры на составляющие их строительные «блоки» и сбраживают эти последние до уксусной или масляной кислоты, водорода или углекислого газа.
В природе в результате деятельности бактерий ежегодно образуется примерно 800 млн т метана, это приблизительно столько же, сколько природного газа добывается людьми. В Китайской Народной Республике сегодня уже 5 млн маленьких, по техническому выполнению очень простых установок поставляют биологически «добываемый» газ. Эти «биогазовые» установки представляют собой маленькие, герметически закрытые бачки, в которых встряхиваются экскременты животных и человека и растительные отходы. При нагревании баков бактерии образуют метан. Газ отводится и используется для варки пищи, отопления и производства электроэнергии. Биогаз — весьма ценное топливо. 1 м биогаза даёт столько же энергии, сколько получается при сгорании 1 л мазута. Оказалось, что вместо бестолкового сжигания сухого навоза, растительных остатков и лесной древесины можно получать энергию в виде биогаза из отходов! Производимый биогаз сгорает с образованием углекислого газа и воды, а в «биогазовом реакторе» остаётся естественное удобрение сапропель. Сапропель содержит крайне нужные растениям питательные вещества — азот, фосфор и калийные соли. Благодаря этому можно сократить импорт удобрений.
В Индии же всё ещё сжигают ежегодно 50 млн т коровьего навоза и 30 млн т других отходов, потому что многие крестьяне слишком бедны для того, чтобы самим приобрести биогазовую установку, и, кроме того, для получения достаточных количеств биогаза необходимо держать несколько коров. А вот в Китайской Народной Республике нередко коллективно эксплуатируются крестьянами всей деревни большие «биогазовые» установки. «Биогазовые реакторы» одновременно служат и охране здоровья: ведь в герметически замкнутых резервуарах возбудители болезней убиваются высокой температурой брожения.
Итак, «биогазовые» установки выгодны жителям небольших поселков и деревень, особенно в жарких странах. Они не только не отнимают у людей, как это имеет место при производстве спирта из растений, пищи и лучшей пахотной земли, но даже повышают доходы от сельского хозяйства. Их широкое внедрение может помочь спасти тропические леса, приостановить наступление пустыни и с помощью удобрений сделать плодоносными отдалённые территории.
В Европе «биогазовые реакторы» могут решить проблему отходов в больших животноводческих комплексах. Дело в том, что жидкие фекалии животных (навозная жижа) лишь частично могут быть применены в качестве удобрений, иначе они слишком перегрузят почву. Ведь за сутки от одной молочной коровы или 10 свиней скапливается до 45 л навозной жижи! Зато из этого количества можно получить 2 м3 биогаза! Например, «биогазовая» установка вблизи Лейпцига производит метан из фекалий более чем тысячи голов крупного рогатого скота. Полученной энергии хватает на то, чтобы круглый год отапливать коровники.
Ежедневно в племенном свиноводческом хозяйстве в Рипперсхаузене (округ Зуль, ГДР), где откармливается 34 000 свиней, скапливаются 300 м3 животноводческих стоков (фекалии и моча). До недавнего времени утилизация таких количеств полужидкого навоза вызывала большие затруднения. Теперь же с этой работой справляется 5 биореакторов, где навозная жижа разлагается микробами до биогаза, благодаря чему не происходит загрязнения окружающей среды. Ежедневная производительность этого биопредприятия 5500 м3 биогаза, который используется как топливо в самом хозяйстве, что даёт экономию 4000 т бурого угля.
Бесшумная разработка месторождений
В последние годы добыча меди велась так интенсивно, что рудные месторождения с высоким содержанием металла стали большой редкостью. Горные разработки перемещаются во всё более глубокие зоны. Энергетические затраты на разработку месторождений резко возрастают. Уже в ⅩⅧ в. испанцы добывали медь в своих рудниках близ Риотинто в значительной степени из шахтной воды, содержащей медь. Вода уже выщелочила медную соль из горной породы. Однако всего лишь 25 лет тому назад ещё никто не знал, что в этом процессе принимают участие бактерии: они способствуют превращению труднорастворимой в воде «меди» в водорастворимую солевую форму.
В настоящее время микробы целенаправленно применяются для выщелачивания руды и на их долю приходится уже 20 % всей мировой добычи меди, в первую очередь из горных пород вскрышных отвалов с низким содержанием меди.
Именно бактерии рода Thiobacillus (от греч. theion — сера) помогают извлечь металл из породы. Они питаются не сахаром, а серой и железом! Они развиваются даже в присутствии сильных кислот, более того, они сами продуцируют серную кислоту.
При биологическом выщелачивании руды сначала переправляют на сборные пункты миллионы тонн вскрышных пород [26], содержащих серу и медь. Эти вскрышные породы содержат небольшие количества ценной меди совместно с железом. Известны отвалы высотой свыше 400 м, содержащие 4 млрд т породы, которые ранее так и оставались бы неиспользованными. Их орошают и пропитывают тысячами кубометров воды. Отвалы вовсе не требуется предварительно заражать бактериями Thiobacillus, потому что эти бактерии присутствуют повсюду. В 1 г серосодержащей породы живёт более одного миллиона клеток Thiobacillus. По мере проникновения воды бактерии размножаются. Эти крохотные помощники прежде всего переводят труднорастворимые соли железа в легкорастворимую соль — сульфат железа с попутным образованием серной кислоты. Сульфат железа с помощью серной кислоты переводит содержащийся в горной породе нерастворимый в воде сульфид меди в растворимый сульфат меди. После этого у подножия отвала начинает просачиваться голубой раствор сульфата меди, который собирают в огромных сборниках. Теперь с помощью какого-нибудь технического приёма можно легко получить чистую медь. Остаточную, уже не содержащую медь, но содержащую серную кислоту и бактерии жидкость, образовавшуюся при выщелачивании руды, вновь разбрызгивают по отвалу.
