Биоайналым: Органикалық қалдықтарды пайдалы өнімдерге түрлендіру
Bioconversion
Биоконверсия – өсімдік/жануар қалдықтарын микроорганизмдер арқылы пайдалы өнімдерге немесе энергияға айналдыру. Зерттеулер, DOE жобалары қарастырылады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Биоөзгерту, сондай-ақ био түрлендіру деп те аталады, өсімдіктер немесе жануарлар қалдықтары сияқты органикалық материалдарды белгілі бір микроорганизмдер сияқты биологиялық процестер немесе агенттер арқылы пайдалы өнімдерге немесе энергия көздеріне айналдыруды білдіреді. Мысалы, кортизонның өнеркәсіптік өндірісі, оның бір қадамы – Rhizopus nigricans арқылы прогестеронның 11 альфа-гидроксипрогестеронға биоөзгертуі. Тағы бір мысал – глицериннің 1,3-пропандиолға биоөзгертуі, бұл көптеген онжылдықтар бойы ғылыми зерттеулердің бір бөлігі болып табылады. Биоөзгертудің тағы бір мысалы – өсімдіктер мен жануарлар қалдықтары сияқты органикалық материалдарды белгілі бір микроорганизмдер, кейбір детриттер немесе ферменттер сияқты биологиялық процестер немесе агенттер арқылы пайдалы өнімдерге немесе энергия көздеріне айналдыру. АҚШ-та Биоөзгерту ғылымы және технологиясы тобы Энергетика департаментінің (DOE) биомассаны қоса алғанда, биоөңдеудің тиісті салаларындағы көп салалы ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізеді. Биоөңдеу химиялық инженерия, микробиология және биохимия ғылымдарының интеграциясын қамтиды. Топтың басты міндеті – биоэнергия зерттеулерінде микроорганизмдерді, микробтық консорциумдарды және микробтық ферменттерді қолдануды зерттеу. Жаңа целлюлозалық этанол өндіру процестері биоөзгертуге болатын шикізаттың әртүрлілігі мен көлемін жылдам кеңейтуге мүмкіндік берді. Қазіргі таңдағы шикізатқа өсімдіктерден немесе жануарлардан алынған материалдар жатады, мысалы қағаз, автокөліктердегі изоляциялық материал, шиналар, мата, құрылыс материалдары, қалалық қатты қалдықтар (ҚҚҚ), шлам, канализация және т.б.
Bioconversion, also known as biotransformation, is the conversion of organic materials, such as plant or animal waste, into usable products or energy sources by biological processes or agents, such as certain microorganisms. One example is the industrial production of cortisone, which one step is the bioconversion of progesterone to 11 alpha Hydroxyprogesterone by Rhizopus nigricans. Another example is the bioconversion of glycerol to 1,3 propanediol, which is part of scientific research for many decades. Another example of bioconversion is the conversion of organic materials, such as plant or animal waste, into usable products or energy sources by biological processes or agents, such as certain microorganisms, some detritivores or enzymes. In the US, the Bioconversion Science and Technology group performs multidisciplinary R&D for the Department of Energy's (DOE) relevant applications of bioprocessing, especially with biomass. Bioprocessing combines the disciplines of chemical engineering, microbiology and biochemistry. The Group 's primary role is investigation of the use of microorganism, microbial consortia and microbial enzymes in bioenergy research. New cellulosic ethanol conversion processes have enabled the variety and volume of feedstock that can be bioconverted to expand rapidly. Feedstock now includes materials derived from plant or animal waste such as paper, auto fluff, tires, fabric, construction materials, municipal solid waste (MSW), sludge, sewage, etc.
Биоөңдеудің үш түрлі процесі
1 Энзималық гидролиз кезінде шикізаттың бір көзі, мысалы, шөптесін, күшті ферменттермен араластырылады, олар целлюлозалық материалдың бір бөлігін қантқа айналдырады, содан кейін этанолға айналдырылады. Genencor және Novozymes – бұл компаниялар, осы процесте целлюлозалы этанолды өндірудегі маңызды фермент – целлюлазаның құнын төмендету жөніндегі зерттеулер үшін АҚШ Энергетика министрлігінен қаржыландыру алған. 2 Синтездік газ ферментациясы: 30% судан аспайтын шикізат қоспасы жабық ортада көміртек монооксиді мен сутегінің басым бөлігін қамтитын синтездік газға айналдырылады. Салқындатылған синтездік газ бактериялар немесе басқа да катализаторлардың әсерінен пайдалы өнімдерге айналады. BRI Energy, LLC – Арканзас штатының Фейетвилл қаласында пилоттық зауыты бар компания, қазіргі уақытта әртүрлі қалдықтарды этанолға айналдыру үшін синтездік газ ферментациясын қолдануда. Газданудан кейін анаэробты бактериялар (Clostridium ljungdahlii) синтездік газды (CO, CO2 және H2) этанолға айналдырады. Газдану кезінде пайда болатын жылу артық электр энергиясын өндіруге де қолданылады. 3 C.O.R.S. және Grub компостингі – органикалық заттармен қоректенетін организмдерді пайдаланатын және органикалық қалдықтарды жоғары сапалы мал азына және биодизель өндірісі үшін майға толы материалға айналдыратын тұрақты технологиялар. Осы қалдықтарды басқарудың жаңа тәсілін ұсынған ұйымдар – EAWAG, ESR International, Prota Culture және BIOCONVERSION. Олар e CORS® жүйесін қалалық және мал шаруашылығындағы экологиялық тұрақтылықты қамтамасыз ету және ірі көлемдегі органикалық қалдықтарды басқару қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін жасады. Бұл инженерлік жүйе өңдеудің автоматты түрде реттелуі арқылы маңызды жаңалықты ұсынады, ол жүйенің жағдайларын қолданылатын организмнің биологиясына бейімдеп, олардың тиімділігін және осы технологияның күшін арттыра алады.
1 Enzymatic hydrolysis a single source of feedstock, switchgrass for example, is mixed with strong enzymes which convert a portion of cellulosic material into sugars which can then be fermented into ethanol. Genencor and Novozymes are two companies that have received United States government Department of Energy funding for research into reducing the cost of cellulase, a key enzyme in the production cellulosic ethanol by this process. 2 Synthesis gas fermentation a blend of feedstock, not exceeding 30% water, is gasified in a closed environment into a syngas containing mostly carbon monoxide and hydrogen. The cooled syngas is then converted into usable products through exposure to bacteria or other catalysts. BRI Energy, LLC is a company whose pilot plant in Fayetteville, Arkansas is currently using synthesis gas fermentation to convert a variety of waste into ethanol. After gasification, anaerobic bacteria (Clostridium ljungdahlii) are used to convert the syngas (CO, CO2, and H2) into ethanol. The heat generated by gasification is also used to co generate excess electricity. 3 C. O. R. S. and Grub Composting are sustainable technologies that employ organisms that feed on organic matter to reduce and convert organic waste in to high quality feedstuff and oil rich material for the biodiesel industry. Organizations pioneering this novel approach to waste management are EAWAG, ESR International, Prota Culture and BIOCONVERSION that created the e CORS® system to meet large scale organic waste management needs and environmental sustainability in both urban and livestock farming reality. This type of engineered system introduces a substantial innovation represented by the automatic modulation of the treatment, able to adapt conditions of the system to the biology of the scavenger used, improving their performances and the power of this technology.