Александр Иванович Нетрусов

Методы

Результаты

Научная группа

Статьи

Сокращение запасов традиционных источников энергии, экологические катастрофы, связанные с их добычей и транспортировкой, а также чрезмерное расходование финансовых средств на исправление допущенных ошибок определили поиск и разработку современных биотехнологических процессов, ориентированных на альтернативные возобновляемые энергетические источники. При этом возобновляемая энергия в настоящее время уже составляет около 14% потребляемой первичной энергии в мире. Одним из альтернативных источников энергии является биогаз, который состоит в основном из метана (55-80%) и двуокиси углерода (20-45%) со следовым содержанием водорода, сероводорода, аммиака и некоторых других примесей. При получении биогаза в качестве исходного сырья используют специально выращенные “энергетические” культуры растений, а также органические субстраты различного происхождения (чаще всего отходы сельского хозяйства и животноводства, продукцию и отходы лесопользования и лесопереработки, муниципальные и промышленные отходы). Получение метана посредством анаэробного брожения признано одним из самых энергетически эффективных, при этом энергия, содержащаяся в органическом сырье, переходит на 85% в энергию метана, который является основным компонентом биогаза.

Биогаз (с содержанием метана не меньше, чем 60%) можно использовать без дополнительной очистки, однако, для получения чистого топлива, эквивалентного по составу природному газу, пригодного для хранения, биогаз микробного происхождения должен быть очищен. При сепарации исходной газовой смеси через специализированные газоочистительные установки концентрация метана повышается до 97% и выше, в результате чего биометан может быть использован в топливных элементах, а также в двигателях внутреннего сгорания. В зависимости от содержания метана теплотворная способность биогаза составляет 4700 – 6000 ккал/м3.

Однако, несмотря на то, что реализация метановой энергетики приобретает все больший интерес и важность в практическом применении, потенциал таких производств не используется достаточно широко. Для полноценного и повсеместного применения технологий производства биогаза остаются нерешенными многие вопросы, касающиеся полноты утилизации субстратов, повышения качества и объема продукции биогаза, очистки биогаза от примесей, а также сохранения стабильности и функциональной активности микробных сообществ. Большинство фундаментальных и биотехнологических работ посвящено изучению образования биогаза из навоза животных, осадочного ила сточных вод и разного рода органических отходов. Однако недостаточно информации представлено о целлюлозосодержащих субстратах. При этом целлюлоза и гемицеллюлоза зачастую преобладают в твердых бытовых отходах (ТБО). В последнее время интерес к конверсии бумажного сырья в биогаз возобновился, что связано, в частности, с активным внедрением во многих странах технологий по раздельному сбору мусора. Кроме того, бумага и картон являются наиболее податливой для биодеградации фракцией ТБО.

Основной особенностью анаэробной конверсии целлюлозы в метан является сложная структура участвующих в таких превращениях микробных сообществ, складывающаяся в своеобразную «пищевую цепь», когда продукты одних процессов становятся субстратами для других без значительного накопления промежуточных соединений. При разложении целлюлозы после действия гидролитиков и бродильщиков среди основных продуктов обнаруживаются летучие жирные кислоты (ЛЖК), спирты, водород и углекислый газ; синтрофные бактерии превращают ЛЖК и спирты в ацетат, CO2 и H2, из которых на заключительном этапе метаногены образуют биогаз.

Целью наших исследований – поиск, селекция и идентификация анаэробных микробных сообществ, активно функционирующих в термофильных (55оС) и мезофильных (37оС) условиях культивирования и стабильно образующих биогаз из различного органического сырья, в том числе целлюлозосодержащего.