III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Биотопливо - это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).

В настоящее время критики развития биотопливной индустрии заявляют, что растущий спрос на биотопливо вынуждает производителей сельскохозяйственной продукции сокращать посевные площади под продовольственными культурами и перераспределять их в пользу топливных. Например, при производстве этанола из кормовой кукурузы барда (отход производства этилового спирта) используется для производства комбикорма для скота и птицы. При производстве биодизеля из сои или рапса жмых используется для производства комбикорма для скота. То есть производство биотоплива создаёт ещё одну стадию переработки сельскохозяйственного сырья.

По расчётам экономистов из Университета Миннесоты, в результате биотопливного бума число голодающих на планете к 2025 году возрастёт до 1,2 млрд человек.

В Индонезии и Малайзии для создания пальмовых плантаций была вырублена немалая часть тропических лесов. Причиной стала гонка за производством биодизеля - топлива, созданного на основе растительных или животных жиров, в качестве альтернативы дизельному топливу (рапсовое масло в качестве топлива может использоваться в чистом виде). Невысокая себестоимость и небольшие энергозатраты - то, что нужно для производства альтернативного топлива из полутехнических масличных культур.

С одной стороны, увеличение посевных площадей под технические сорта кукурузы приведет к тому, что будут заняты плодородные земли, пригодные для производства пищевых продуктов. С другой - по оценкам Merrill Lynch прекращение производства биотоплив приведёт к росту цен на нефть и бензин на 15%. Но потребители, особенно в бедных развивающихся странах, окажутся под двойным ударом, если цены и на пищевые продукты, и на нефть возрастут. Согласно подсчетам Всемирного банка, в 2009-м 2,7 млрд человек в мире жили менее чем на два доллара США в день, а даже незначительное повышение стоимости основных зерновых культур обернется для них катастрофой.

Таким образом, необходимо искать иные пути получения этанола (биоэтанола).

В настоящее время большая часть биоэтанола производится из кукурузы (США) и сахарного тростника (Бразилия). Сырьём для производства биоэтанола также могут быть различные сельскохозяйственные культуры с большим содержанием крахмала или сахара: маниок, картофель, сахарная свекла, батат, сорго, ячмень и т. д. Этанол можно производить в больших количествах из целлюлозы. Сырьём могут быть различные отходы сельского и лесного хозяйства: пшеничная солома, рисовая солома, багасса сахарного тростника, древесные опилки и т. д.

Этанол (этиловый спирт), который обычно называют просто спиртом, образуется при так называемом спиртовом брожении. Многие виды сахаров, а также продукт осахаривания крахмала в присутствии солода расщепляются под действием микроскопически маленьких дрожжевых грибков с образованием спирта и углекислого газа.

Каждый, кто хоть раз видел, как бродит фруктовый сок, наблюдал интенсивное выделение углекислого газа из отводной трубки. А то, что в полученном вине действительно содержится спирт, легко заметить по поведению человека, который это вино выпьет. Поскольку спиртовое брожение может происходить самопроизвольно, разбавленный спирт известен людям с древнейшего времени как возбуждающий напиток. О губительных же последствиях пьянства едва ли нужно говорить.

Содержание спирта при брожении растворов сахара и фруктовых соков колеблется в широких пределах. Однако, поскольку при высокой концентрации спирта дрожжевые грибки не могут существовать, путем брожения можно получить не более чем 15%-ный спирт. Более концентрированный спирт получают из разбавленных растворов путем перегонки.

Брожение - бурно идущее разложение органического вещества, вызываемое микроорганизмами, которым этот процесс служит источником кинетической энергии.

При спиртовом брожении простые сахара разлагаются на этиловый спирт и С0₂:

С₆Н₁₂О₆ = 2СН₃ × СН₂ × ОН + 2С0₂ + 28 калорий.

Типичным организмом, вызывающим спиртовое брожение в технике, служат дрожжи, т. е. одноклетные аскомицетные грибы из рода Saccharomyces. Кроме того, спиртовое брожение вызывается также некоторыми мукоровыми грибами и многими бактериями. Все нормально дышащие при доступе воздуха высшие и низшие растения в отсутствие кислорода образуют некоторое количество спирта и С0₂. При спиртовом брожении дрожжей, кроме нормальных продуктов брожения, этилового спирта и С0₂, образуется небольшое количество побочных продуктов, а именно - уксусного альдегида, уксусной кислоты, глицерина, янтарной, яблочной кислоты и так называемых сивушных масел.

Помимо названных выше дрожжей разумно использовать медузомицет (Меdusomyces Gisevi) - симбиоз уксуснокислых бактерий и нескольких видов дрожжей. Если поместить сельскохозяйственные отходы или сахаросодержащие отходы  в емкости-отстойники и добавить к ним медузомицет, то через некоторое время мы можем получить этанол, из которого путем перегонки будет получен спирт.

В результате чистый спирт поступает в продажу под названием спирт-денатурат. Существует также более дорогой спирт-ректификат. Оба они содержат 4-6% воды и служат хорошим горючим.

Краткие выводы:

В настоящее время слишком много посевных площадей занимают технические сорта сельскохозяйственных растений. Это ведет к увеличению цен на продукты питания. Из таких растений получают биотопливо - этанол. Необходимо найти новые методы получения этанола.

Одним из таких методов может быть симбиоз уксуснокислых бактерий и нескольких видов дрожжей, а именно медузомицет (Меdusomyces Gisevi).

Если удастся получать этанол с помощью гриба из отходов, а не из сельскохозяйственных культур, то можно будет добиться уменьшения посевных площадей под технические культуры и удешевления продуктов питания.

Код для цитирования: Скопировать