Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
столь широкого применения, как это прогнозировалось в начале 60-х годов;
в то же время новые методы, основанные на способности таких систем к
узнаванию, скоро будут внедрены как в медицине, так и в промышленности,
особенно по мере усовершенствования технологии. Объяснение тому простое:
во многих случаях на практике химические катализаторы при всех их
недостатках с экономической точки зрения оказываются выгоднее, чем
биокатализаторы. Попытки хи-
2*
20
Глава I
миков решить проблему специфического узнавания не слишком обнадеживают, и
поэтому, если удастся преодолеть некоторые трудности, связанные с
сопряжением систем и их стабильностью, биологический подход в целом
окажется предпочтительней. Успешно развивается и направление, связанное с
разработкой датчиков, основанных на использовании комбинации
иммобилизованных, стабилизированных микроорганизмов и электродов.
1.4.2. Энергетика
В ходе эволюции в биологических системах сформировался ряд весьма
совершенных механизмов превращения энергии. На рис. 1.3 представлены
основные известные их типы, часть которых
Н2 6 -^ Электричество ^-------8------- Меуан/
Рис. 1.3. Основные пути превращения энергии в живых системах.
используется разными способами, особенно реакции 1, 2 и 9. Более подробно
мы обсудим их в гл. 2. Отметим, что биомасса постоянно используется для
получения электрической энергии за счет небиологических эквивалентов в
реакциях 8 и 11.
Что касается возможного вклада биотехнологии в решение проблем
энергообеспечения, то здесь в отличие от других областей ее применения
предсказать что-либо гораздо сложнее. В последние годы немало говорилось
об "энергетическом кризисе": запасы ископаемого топлива ограничены, а
население растет, и потребление энергии per capita все увеличивается. В
этом контексте обсуждаются и перспехтивы использования ядерной энергии.
Неравномерность распределения запасов ископаемого топлива, а также
наличие ряда сложных политических и экономических факторов делают любые
предсказания особенно сложными. Наиболее важным является здесь то
обстоятельство,
Что такое биотехнология?
21
что около 99,4%, или 1,7-1023 калорий в год, доступной нам неядерной
энергии мы получаем от Солнца, и часть ее аккумулируется в биомассе, хотя
и с малой эффективностью, порядка 1-2%. По этой причине биомасса
представляет собой постоянно возобновляемый источник' химической энергии.
Ее можно сжигать или довольно простыми способами превращать при помощи
микроорганизмов в жидкое или газообразное топливо (метан, этиловый спирт
или водород). Однако биомасса используется и для других целей: она служит
пищей для людей и дает ряд ценных видов сырья.
Со временем биомасса, видимо, будет все более распространенным исходным
продуктом при производстве сырья для химической промышленности на основе
биотехнологических процессов. Примером такого рода может быть превращение
лигнина в соединения ароматического ряда.
Конкуренция за имеющиеся в наличии запасы биомассы усугубляется тем, что
площади, пригодные для ее производства, из-за роста населения постоянно
уменьшаются. По этой причине дать точный глобальный прогноз использования
энергии, получаемой из биомассы, довольно трудно. Отметим, однако, что
из-за недостатка ископаемого топлива в некоторых странах (например, в
странах Южной и Северной Америки) производство этилового спирта путем
ферментации становится все более популярным, особенно для использования в
качестве добавки и/или для замены нефти как горючего на транспорте. Если
рассматривать это производство само по себе, то экономическая его
обоснованность оказывается весьма сомнительной, но оно приемлемо для
некоторых стран по политическим соображениям (Бразилия, США).
В последнее время вновь пробудился интерес к разработке биотопливных
элементов, с помощью которых можно с высокой эффективностью и при обычной
температуре получать из ряда видов топлива и биомассы электрическую
энергию. Хотя эти устройства и находят уже применение (например, в
качестве специальных датчиков), в большинстве случаев с их помощью сложно
получить на электродах ток достаточной плотности, что позволяло бы
использовать их в качестве крупномасштабных преобразователей энергии.
Возможно, однако, что уже в ближайшем будущем они найдут применение в
специальных областях энергетики. Единственным исключением среди них
является "гибридный" водородный биотопливный элемент: в нем водород,
образующийся при брожении, используется в обычном водород-кислородном
элементе. Впрочем, и другие биотопливные элементы могут со временем аайти
применение для получения дешевой электроэнергии путем переработки стоков,
отходов или окиси углерода.
22
Глава 1
Поскольку солнечный свет является мощным источником энергии, а количество
имеющейся биомассы ограничено, некоторые биотехнологи, работающие над
проблемами энергетики, занялись разработкой двух проблем, решение которых
позволило бы повысить эффективность использования солнечной энергии. Во-
