Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

Н.А. Галактионова
Промышленная экология

Учебное пособие для студентов заочного отделения / Москва: Международный независимый эколого-политологический университет, 2002

Предыдущая

Тема 3. Технологии и технологические системы

3.1. Виды технологий

Технология это совокупность способов, приемов для получения из исходного материала (сырья) некоторого практически ценного продукта.

Примеры:

-  Получение стула или стола (продукты) из березы (сырье)

-  Получение электрической энергии (продукт) из каменного угля (сырье)

-  Получение полиэтиленовых пакетов (продукт) из природного газа (сырье)

-  Получение   удобрения   аммиачной   селитры   (продукт)   из   воздуха   и природного газа (сырье)

-  Получение молока (продукт) из травы (сырье)

-  Получение спирта из сахара

-  Получение дрожжей из сахара

-  Получение кефира из молока.

Очень часто для получения одного продукта требуется не один, а несколько источников сырья, не один, а последовательность нескольких способов, приемов.

Обычно название той или иной технологии состоит из двух слов: первое –технология, второе – наименование продукта. Например: технология аммиачной селитры, технология молока, технология дрожжей и т. д.. Неправильно говорить «Технология получения продукта», например «технология получения спирта», т.к. получается тавтология: слово «технология» – это уже и так обозначает «получение», незачем ставить рядом два слова, имеющих сходный смысл.

Основные классы технологий. Хотя технологий в природе, а вернее в человеческом обществе, существует по крайней мере столько же, сколько и разных видов созданных человеком продуктов (а многие продукты имеют и по множеству разных технологий), все это многообразие технологий можно подразделить на 3 основных класса:

1.  Физико-механические технологии

2.  Химические технологии

3.  Биотехнологии.

Рассмотрим более подробно названные классы технологий.

Физико-механические технологии. Как следует из названия, в таких технологиях исходный материал (сырье) в процессе получения продукта меняет форму или агрегатное состояние, но не изменяет своего химического состава. Из приведенных выше примеров можно указать на технологию переработки древесины для производства деревянной мебели или различные методы получения металлических изделий, например, гвоздей или деталей машин.

Химические технологии. В процессе получения продукта в химических технологиях сырье претерпевает изменения химического состава. Можно привести множество примеров:

-  Получение полиэтилена из природного газа.

-  Получение удобрения аммиачной селитры из воздуха и природного газа.

-  Получение спирта из природного газа или древесины.

-  Получение спирта из природного газа или древесины

-  Получение синтетического каучука из природного газа

-  Получение красителей и многих лекарств из простых химических соединений (кислоты, щелочи, бензола и других простых веществ).

Ассортимент продуктов, получаемых с помощью химических технологий, весьма велик.

Биотехнология. Есть много определений, что такое биотехнология. Наиболее распространенным является следующее.

Биотехнология – это целенаправленное получение ценных для народного хозяйства и различных областей человеческой деятельности продуктов, в процессе которого используется биохимическая деятельность микроорганизмов[7], изолированных клеток или их компонентов. [1]

Биотехнологические процессы занимают особое место в природоохранных технологиях, поскольку в основе своей являются экологически чистыми производствами. Последнее понятие будет подробно обсуждаться в следующей теме.

В качестве примера можно привести микробиологическую очистку сточных вод предприятий и почв от нефти и нефтепродуктов,  компостирование бытовых отходов, аэробную очистку сточных вод и многое другое.

Какие виды биохимической деятельности микрообъектов используются в биотехнологии, иначе говоря, что является целевым при использовании микроорганизмов.

Перечислим их, не вдаваясь в подробности.

1. Наращивание клеточной массы, которая и представляет собой продукт. К такому классу технологий относится получение пекарских дрожжей, кормовых дрожжей, в общем, экологически чистой биомассы и др.

2. Образование (биосинтез) в процессе роста и развития клеток ценных биохимических продуктов – некоторые из них выделяются в среду (внеклеточные продукты), некоторые накапливаются в биомассе (внутриклеточные продукты). В этих случаях производство существует ради получения таких продуктов, а не самой биомассы, которая часто является балластом.

3. Биотрансформация.   Этим красивым словом называется процесс, в результате которого под воздействием биохимической деятельности микроорганизмов или ферментов происходит изменение химического состава исходного химического вещества. Отличие от рассмотренного выше процесса биосинтеза состоит в том, что при этом обычно происходят относительно небольшие изменения в химической структуре вещества, оно не синтезируется заново из относительно более простых веществ. Кроме того, в процессе биотрансформации используется обычно уже готовый биологический агент – клетки микроорганизмов или ферменты, в ходе самого процесса биотрансформации они не образуются.

Пример процесса биотрансформации – превращение глюкозы во фруктозу под воздействием фермента глкозоизомеразы. Оба сахара имеют одну формулу СбН12О6 но имеют только пространственные отличия в структуре молекулы.

Интересно, что подобный процесс в природе осуществляют пчелы (если кормить их глюкозой). Но здесь в операции принимает участие макроорганизм – пчела, и мы не можем данный процесс назвать биотехнологическим.

Или другой пример. Глицерин, представляющий собой трехатомный спирт, под воздействием клеток глюконобактерий, превращается в диоксиацетон:

Изменение в структуре молекулы вроде бы небольшое – уходят два атома водорода, т.е. происходит дегидрирование. Между тем новое вещество по своим свойствам заметно отличается от исходного – глицерина.

4. Потребление микроорганизмами из жидких сред различных веществ, которые являются нежелательными примесями (загрязнениями). Здесь биомасса микроорганизмов служит промежуточным агентом, сама по себе она не нужна. Такие процесоы применяются в процессах биологической очистки сточных вод. Продуктом здесь является очищенная вода, а биомасса активного ила, которая потребляет загрязнения, все время отводится от системы и затем обезвреживается или перерабатывается для получения из нее других полезных продуктов.

5. Выщелачивание с помощью микроорганизмов, т.е. перевод в растворенное состояние никоторых веществ, находящихся в твердых телах. Примером является микробиологическое выщелачивание ценных металлов из руд –меди, цинка, урана и др.

6. Особым случаем является использование биохимической деятельности микроорганизмов с целью образования газов и за счет этого – создания, например, пористых материалов. Для этого, в основном, используют дрожжи при приготовлении хлеба. Одно из назначений дрожжей при получении пива или шампанского – также создать в среде высокую концентрацию растворенного углекислого газа, чтобы вино или пиво хорошо пенилось.

Рассмотренные шесть основных направлений биохимической деятельности микроорганизмов являются основой для получения широкого класса продуктов биотехнологии.

Преимущества биотехнологических процессов. По сравнению с химической технологией биотехнология обеспечивает следующие основные преимущества:

-  Возможность получения специфичных и уникальных природных веществ, часть из которых (например, белки, ДНК) еще не удается получить путем химического синтеза.

-  Проведение биотехнологических процессов при относительно невысоких температурах и давлениях.

-  Микроорганизмы имеют потенциально значительно более высокие скорости роста и накопления клеточной массы, чем другие организмы.

Например, с помощью микроорганизмов в ферментере объемом 300 м3 за сутки можно выработать 1 т белка. Чтобы такое же количество белка в сутки выработать с помощью крупного рогатого скота, нужно иметь стадо 30000 голов. Если же использовать для получения такой скорости производства белка бобовые растения, например, горох, то потребуется иметь поле гороха площадью 5400 гектаров.

-  В качестве сырья в процессах биотехнологии можно использовать дешевые отходы сельского хозяйства и промышленности.

-  Биотехнологические процессы по сравнению с химическими обычно более экологичны, имеют меньше вредных отходов, близки к протекающим в природе естественным процессам.

-  Как правило, технология и аппаратура в биотехнологических производствах более просты и дешевы.



[7] Антони ван Левенгук (1676 г.) – впервые увидел бактерии с помощью созданных им линз – «микроскопий». Он считал их «маленькими живыми зверушками». В течении 50 лет к этому открытию относились с подозрением. И только во второй половине XIX века немецкий биолог Геккель приходит к заключению, что микроорганизмы это не животные и не растения. Он предложил все организмы, у которых отсутствует дифференцировка на органы, выделить в класс – протист.

Предыдущая