Промышленные и экологические приложения биотехнологии: устойчивое развитие промышленности

Начало брошюры см. здесь.

Вклад биотехнологии в здравоохранение и пищевую промышленность в последнее время широко освещается в прессе и привлекает немало внимания публики, однако общество уже начинает осознавать и пользу, приносимую «третьей волной» биотехнологии – промышленной и экологической биотехнологией.

Третья волна биотехнологии уже успешно соперничает с традиционными производственными процессами и способствует устойчивому развитию промышленного производства.

Для промышленности устойчивое развитие означает постоянные нововведения, усовершенствования и использование «экологически чистых» технологий с целью снижения уровня загрязнения среды и потребления ресурсов. Рациональный промышленный процесс должен соответствовать следующим критериям:

– минимальное количество отходов или полное их исключение;
– минимальное потребление энергии и невозобновляемых ресурсов (и активное использование углеводного сырья: сахаров и крахмала).

Живые системы справляются с протекающими в них химическими процессами гораздо эффективнее химических комбинатов; образующиеся при этом отходы биоразрушаемы или могут быть использованы повторно. Биокатализаторы, особенно ферменты, действуют при более низких температурах и приводят к образованию меньшего количества токсических отходов и побочных продуктов, чем традиционные химические агенты. Некоторые из них высокоизбирательны и могут использоваться для обработки менее очищенного сырья. Использование биотехнологии может уменьшить энергопотребление промышленных процессов. И, наконец, наряду с приемами диагностики и тестирования пищевых продуктов на наличие токсических соединений, биотехнология предоставляет нам новые возможности мониторинга состояния окружающей среды и выявления загрязнений.

Промышленная биотехнология использует методы современной молекулярной биологии для снижения вредного влияния производства на окружающую среду. Биотехнология используется для повышения эффективности производственных процессов в таких сферах, как текстильная промышленность, изготовление бумаги и целлюлозы, а также химических продуктов органического синтеза. Специалисты считают, что со временем биотехнология окажет на промышленное производство такое же беспрецедентное влияние, как и на фармакологический, сельскохозяйственный и пищевой секторы. Судя по всему, промышленная биотехнология является ключевого звена процесса достижения стабильности экологической обстановки.

Устойчивое развитие промышленности

Согласно установкам Организации европейского сотрудничества и развития (OECD), устойчивость промышленного развития заключается в постоянных нововведениях, усовершенствованиях и использовании чистых технологий с целью снижения уровня загрязнения среды и потребления ресурсов. Современная биотехнология может обеспечить достижение всех этих целей.

В последние годы высокопоставленные политики, члены правлений корпораций, отдельные граждане и специалисты по проблемам окружающей среды все больше интересуются вопросами устойчивого развития. В ответ на это многие ведущие промышленные компании делают гораздо больше, чем от них требуется юридически. Они разрабатывают стратегии и планы внедрения технологий, включающие рекомендации по поддержанию состояния окружающей среды и экологической безопасности как производства, так и выпускаемой продукции.

Ключевыми словами для процесса достижения устойчивости развития являются «чистота» и «эффективность». Любое изменение производственного процесса, технологии или самого продукта, делающее производство чище и эффективнее, является шагом на пути к достижению состояния устойчивости.

Выражаясь практическими терминами, устойчивое развитие промышленности означает использование методик и ноу-хау, способствующих снижению потребления сырья и энергии, извлечение максимальной пользы из возобновляемых ресурсов, минимизацию загрязнения окружающей среды и образования токсических отходов в процессе производства и использования продукции, а также производство биоразрушаемых и пригодных для повторной переработки материалов.

Затраты сырья и материалов

В течение многих лет источником сырья и энергии для многих производственных процессов являлась нефть – невозобновляемый ресурс, переработка которого приводит к загрязнению окружающей среды и образованию твердых отходов. Промышленная биотехнология позволяет снизить негативное влияние на окружающую среду за счет постепенной замены нефти природными сахаросодержащими продуктами.

С точки зрения экологии биологическое сырье (биомасса) обладает перед нефтепродуктами двумя важными преимуществами: меньшее количество отходов производства и более быстрое по сравнению с традиционными пластмассами разрушение биопластиков под воздействием факторов окружающей среды. В случаях, когда биомасса представляет собой отходы сельскохозяйственного производства, пищевой, древообрабатывающей и других отраслей промышленности, выгоды от ее использования удваиваются: мы не только получаем все преимущества использования биологического сырья, но и утилизируем отходы других областей человеческой деятельности. Еще одним достоинством использования растительной биомассы в качестве сырья является то, что увеличение объемов выращивания технических культур автоматически увеличивает потребление содержащегося в атмосфере углекислого газа, являющегося одной из причин парникового эффекта.

В настоящее время в США с использованием биомассы в качестве первичного сырья производится не менее пяти миллионов тонн химических соединений широкого потребления ежегодно.

Биотехнология играет определенную роль и в использовании топливных ресурсов. Биотехнологические нововведения позволяют удалять серу из ископаемого топлива и таким образом снижать загрязнение атмосферы окислами серы. Использование биомассы в качестве источника энергии имеет те же экологические преимущества, что и ее использование в качестве сырья, что подтолкнуло многие государственные лаборатории к активной работе над изучением возможностей использования генной инженерии и других биотехнологических методов с целью повышения экономической целесообразности использования биомассы для производства биотоплива.

Процессы промышленного производства

Кроме работы по достижению состояния устойчивости промышленного развития с помощью использования биомассы в качестве сырья и источника энергии, биотехнология предлагает много вариантов минимизации воздействия промышленных процессов на состояние окружающей среды за счет снижения энергопотребления и замены агрессивных химических агентов биоразрушаемыми молекулами природного происхождения.

В отличие от большинства химических реакций, протекающих исключительно при высоких температурах и давлении, реакции, катализируемые биологическими молекулами, более эффективны в совместимых с жизнью условиях: температуре около 37°С, атмосферном давлении и в водных растворах. Поэтому производственные процессы, использующие биологические молекулы, требуют гораздо меньше энергии для запуска химических реакций.

Производственные процессы, использующие биоразрушаемые молекулы в качестве катализаторов, растворителей или поверхностно-активных веществ, также менее опасны для окружающей среды. Установки для микробной ферментации в течение многих лет обеспечивают нас некоторыми очень важными для промышленности растворителями, в том числе этанолом и уксусной кислотой. Многие поверхностно-активные вещества, использующиеся в промышленности, такие как эмульсан (emulsan) и софоролипиды (sophorolipids) являются продуктами жизнедеятельности микроорганизмов. Недавно обнаружено поверхностно-активное вещество, синтезируемое морскими бактериями и вполне способное заменить химические растворители. Однако самыми эффективными с точки зрения снижения нагрузки на окружающую среду биологическими продуктами являются биокатализаторы, в роли которых, как правило, выступают живые организмы или синтезируемые ими ферменты.

Евгения Рябцева
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/ по материалам BIO.org
Продолжение следует.