Биотехнологические способы получения энергоносителей Биотехнологические способы получения энергоносителей.
Энергоносители — общее название всех видов топлива: нефти, газа, угля, торфа, дров, ядерного топлива (урановых руд) и др. Энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз и т. п.) брикетируются, сушатся и сжигаются в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешёвое электричество. Добывать водород из воды очень дорого, поэтому в США 95% водорода производятся из Природного газа (метана). Это, в свою очередь, делает водородное топливо дороже, чем наиболее дешевый сегодня энергоноситель – Природный газ. Джозеф Ромм прогнозирует, что если США перейдут на водородные автомобили, то вместо зависимости от поставщиков черного золота Соединенные Штаты попадут в зависимость от поставщиков газа. Впрочем, технологические и экологические препятствия использования водорода в качестве топлива не являются чем-то уникальным. Некогда похожие проблемы были у Природного газа, бензина ипоставщиковэнергии. К примеру, прошло более двух десятилетий поставщиковачала производства солнечных батарей до вывода их на уровень коммерческой окупаемости. Альтернативные энергоносители Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации. Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород). Твердое биотопливо. Дрова - древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрооборачиваемых растений. Дрова́ — куски дерева, предназначенные для сжигания в печи, камине, топке или костре для получения тепла и света. Энергоносители биологического происхождения (главным образом навоз и т. п.) брикетируются, сушатся и сжигаются в каминах жилых домов и топках тепловых электростанций, вырабатывая дешёвое электричество, используемое в бытовых и производственных нуждах. В последнее время разработаны методы непосредственного получения электроэнергии с помощью специальных бактерий при сбраживании биологических отходов. Газ на дне океана.В массовом сознании альтернативными энергоносителями являются исключительно возобновляемые источники энергии – Солнце, ветер, биомасса, морской прибой и тому подобные. Есть, однако, и ещё один весьма перспективный, хоть и не возобновляемый энергоноситель: метан с морского дна. Многие о его существовании и не догадываются, что, в общем-то, простительно: ведь ещё совсем недавно об этом не знали и учёные. Между тем, на морском дне хранятся огромные запасы метана! Правда, он находится там в связанном виде – в форме твёрдых гидратов.
|
|
|
|
|
|
Экологическая биотехнология. Экологическая биотехнология.
В истекшем XX-ом столетии быстрые темпы урбанизации, индустриализации и стремительный рост мирового населения подняли уровень загрязнения окружающей среды до угрожающих размеров. Основными причинами загрязнения окружающей среды являются беспощадная эксплуатация природы человеком, неэффективное, до жадности чрезмерное использование природных ресурсов, в результате чего выброс в окружающую среду большого количества и разновидностей отходов затрудняет процесс самоочищения природы. В настоящее время среди главных проблем окружающей среды можно назвать парниковый эффект, кислотные дожди, истончение озонового слоя, загрязнение наземных и подземных вод горы химическими веществами, скопления твердых отходов в городах и промышленных отходов.Существующие в самой природе естественные «очистительные системы» вплоть до XIX века были в состоянии очищать отходы человечества, не оставляя следов в природе. Отходы, выброшенные в окружающую среду прямым или косвенным путем, уничтожались в ходе анаболической (конструктивной) и катаболической (деструктивной) деятельности живых организмов, где они использовались в качестве углерода и источника энергии. Сегодня чрезмерный рост отходов не только нарушает существующее экологическое равновесие, но и оказывает влияние на качественный уровень жизни, ставя под угрозу само её существование на земле. Отношения, наблюдаемые между растительным, животным миром и микроорганизмами с Вселенной, изначально идеально запрограммированы. Человечество, обнаружившее эти взаимоотношения, решило воспользоваться ими для сохранения экологического равновесия. В настоящее время разработка решений, касающихся проблем окружающей среды с использованием живых организмов, в особенности микроорганизмов, входит в область биотехнологий.
|
|
|
66. Биотехнология очистки промышленных отходов.Биотехнология очистки промышленных отходов.
Жидкие органические отходы – это сточные воды бытовых, сельскохозяйственных и промышленных предприятий, к полужидким относятся полужидкий навоз и осадки сточных вод, а твердые формируются из бытового мусора и подстилочного навоза. В настоящее время активно разрабатываются и используются аэробные процессы, позволяющие с высокой скоростью удалять даже низкие концентрации органических веществ. Существенным недостатком аэробных технологий, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются высокие энергозатраты на аэрацию. При анаэробной обработке преимуществами являются незначительное образование биомассы, возможность удалять высококонцентрированные вещества и попутное образование возобновляемого источника энергии (метана). Оказалось, что в анаэробных условиях микроорганизмы способны разрушать органические соединения, содержащие ароматические и конденсированные циклические структуры. В современных процессах очистки, в основном, применяют естественно складывающиеся микробные сообщества. Видовой состав таких сообществ и взаимодействие микроорганизмов в них изучены недостаточно, что тормозит массовое применение биоремедиации. Изучение метаболических путей в микробных сообществах в перспективе позволит создать ассоциации микроорганизмов, способные разрушать весь набор загрязнителей. К твердым загрязнителям относятся бытовые отходы, твердые включения сточных вод и сельскохозяйственные остатки. Твердые бытовые отходы (ТБО) представлены пищевыми и туалетными остатками, бумагой и инертными материалами (стеклом, металлом, пластиком и т.д.). Рациональному использованию ТБО способствует их раздельный сбор.Самым простым методом утилизации твердых бытовых и промышленных отходов является их захоронение в естественных понижениях рельефа местности (оврагах, карьерах) и сваливание с последующей засыпкой слоем грунта. Захоронение может быть произведено на специальных полигонах ТБО с уплотненным глинистым дном. Слои мусора на полигонах периодически уплотняют и пересыпают слоем грунта. Высота мусорных куч может достигать 20-40 м. Микроорганизмы попадают в кучу вместе с отходами и из почвы и грунта. Разложение отходов происходит медленно (30-50 лет), при этом разрушается только 30% захороненной органики.
|
|
|
В сельской местности органические отходы традиционно компостируются для получения удобрений. Компостирование является аэробным микробным процессом переработки органических веществ с выделением тепла. В настоящее время в развитых странах все большую популярность приобретает компостирование ТБО как альтернатива промышленным и бытовым свалкам больших городов. В ряде стран практикуют твердофазную анаэробную переработку, когда ТБО загружают в специальные реакторы для получения метана.
67. Нанобиотехнологии и основные направления их развития.
Под нанотехнологиями понимают фундаментальные технологии, основанные на манипуляциях с наноструктурами (наночастицами).
Наноструктуры – это объекты, размеры которых лежат в диапазоне от 1 до 100 нанометров (1 нанометр равен 10-9 метра).
Нанотехнология возникла благодаря созданию микроскопических приборов, обеспечивающих возможность визуализации отдельных молекул, манипулирования ими и измерения возникающих между ними электромагнитных взаимодействий
Использование достижений нанотехнологий в биологии привело к появлению нового направления – нанобиотехнологии.
Нанобиотехнологии – раздел в нанотехнологиях, посвященный изучению воздействия наночастиц на живые системы, а также разработке способов моделирования и практического применения биологических наноструктур, наноявлений и нанопроцессов в экспериментальной биологии, медицине, экологии, сельском хозяйстве и других отраслях экономики.
В настоящее время оформились три основных направленияв создании и развитии нанобиотехнологий.
1) моделирование и воспроизведение наноявлений и наномеханизмов живых систем в лабораторных и производственных условиях;
2)получение наночастиц и наноматериалов с участием живых организмов;
3) разработка методов и способов использования наноструктур и нанопроцессов для вторжения в живой организм с целью его исследования, диагностики состояния и лечения.
К биологическим наноструктурам можно отнести, например, молекулы белков, размеры которых варьируют в пределах от 4 до 50 нм, молекула ДНК, имеющая толщину 1-2 нм, Самый главный нанопроцесс в живом организме – биосинтез белка.
Задачами нанобиотехнологийв настоящее время считаются:
решение фундаментальных биологических проблем, нерешенных с помощью традиционных цитологических и цитохимических методик (моделирование биологических процессов, анализ поведения биомолекул, мониторинг жизнедеятельности отдельных клеток);
изучение взаимодействия наночастиц с молекулами ДНК с целью разработки новых методов генетической инженерии;
изучение механизмов транспорта веществ через биологические мембраны с применением наночастиц и создание нанотехнологий направленной доставки лекарств;
разработка на основе нанобиотехнологий лекарственных препаратов нового поколения
разработка биосенсорных систем для биологии и медицины с целью выявления определенного вещества в окружающей среде или организме человека, а также для обнаружения мутаций;
изучение возможностей применения наночастиц в качестве новых наноматериалов медицинского назначения: сорбенты для выведения из организма нежелательных и токсичных соединений (продукты метаболизма, тяжелые металлы, радионуклиды, ксенобиотики);
создание новых высокочувствительных систем для диагностики и лечения заболеваний на самых ранних стадиях развития
разработка и создание на основе нанобиочастиц технологий для выделения белков, их модификации и производства белковых препаратов;
разработка самовоспроизводящихся систем на основе биоаналогов – бактерий, вирусов, простейших животных;
изучение влияния наночастиц на сложноорганизованные биологические системы, включая организмы животных и человека;
создание биологически совместимых (неотторгаемых организмом) медицинских материалов для пересадки в живой организм;
разработка нанороботов, способных устранять возникающие в органах очаги поражения, и не провоцирующих иммунные реакции.
К практическим применениям нанобиотехнологии относятся:
– увеличение скорости и точности диагностики заболеваний;
– создание наноструктур для доставки функциональных молекул в клетки-мишени;
– повышение специфичности и скорости доставки лекарств;
– миниатюризация биосенсоров путем объединения биологического и электронного компонентов в один мельчайший прибор;
– способствование развитию экологически чистых производственных процессов.
68. Социальные аспекты биотехнологии и биоинженерии. Контроль применения биотехнологических методов.
Биотехнологич. процессы обуславливают формирование качественно нового типа взаимоотнош. общества и природы, где ценностным ориентиром должна стать идея «благоговения перед жизнью», единение чел. и природы. Биотехнологии социальны по своему хар-ру, они реализуются в обществе, детерминированы общественными потребностями, интересами, осуществляются социальными субъектами. На развитие биотехнологий оказывают влияние различные социальные факторы: потребности людей, система социальных отношений. Поэтому биотехнологии имеют ярко выраженный гуманистический аспект, связанный с определением границ биотехнологической деятельности
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 904; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!