Использование биологической массы для производства энергии

Карпунин Александр Витальевич,

инженер общей и физической химии Санкт-Петербургского национального минерально-сырьевого «Горного» университета.

В настоящее время возник новый подход к разработке полимерных материалов. Он имеет цель – получение материалов, которые сохраняют эксплуатационные характеристики только в течение времени потребления, которые затем претерпевают физико-химические и биологические превращения под влиянием факторов окружающей среды и способны легко участвовать в процессах метаболизма биологических систем. Это имеет особое значение не только в технологии производства биологически разлагаемой упаковки, но и для производства биологического топлива.

Особое значение здесь имеют свойства полимеров разлагаться и усваиваться в зависимости от ряда их структурных характеристик. На разложение полимеров влияет его химическая природа, молекулярная масса, разветвлённость макроцепи (наличие и природа боковых групп), а также надмолекулярная структура [1, 5].

Важным фактором к устойчивости полимеров является молекулярная масса его молекул, так как их большая молекулярная масса не способствует биологическому разложению. Следует также отметить влияние на биологическую деградацию молекулярной структуры полимеров. Компактное расположение структурных кристаллических и полукристаллических полимеров, в отличие от аморфных, ограничивает их набухание в воде и препятствует проникновению ферментов в полимерную матрицу, что затрудняет воздействие ферментов на главную, содержащую углерод цепь полимера и на биологически разрушаемые части цепи.

В настоящее время ведутся исследования по созданию биологически разлагаемых полимеров. В этом направлении особое значение имеет селекция специальных штаммов микроорганизмов, которые способны осуществлять деструкцию биологически разлагаемых полимеров [1, 2], что имеет определенное значение для производства биологического топлива.

На стойкость полимеров к биологическому разложению влияет величина их молекул. В то время как мономеры или олигомеры могут легко поражаться микроорганизмами, биополимеры с большой молекулярной массой более устойчивы к их воздействию. Биологическую деструкцию большинства технических полимеров инициируют процессы небиологического характера, такие как термическое и фотоокисление, термолиз, механическая деградация и т. п. На биологическую деградацию синтетических полимеров существенно влияет их надмолекулярная структура. Современные биологические полимеры могут быть получены как из возобновляемых природных ресурсов, так и из традиционного сырья – продуктов нефтехимии, что важно при использовании их в дальнейшем получать биологическое топливо.

Прогнозы Европейского совета по возобновляемой энергии (EREC) указывают на то, что к 2040 году должна покрываться почти половина мирового потребления энергии [3, 4]. При этом 25% должна составлять доля энергии, получаемой из биомассы. В связи с этим производство энергии с использованием разработанных технологий на основе исследований должно интенсироваться. Для этого существуют все необходимые предпосылки и стимулы.

При этом в случае создания отрасли по производству биологического топлива это будет способствовать:

1)                 развитию сельскохозяйственной отрасли в результате создания собственных энергоресурсов;

2)                 более комплексному использованию отходов древесины, находящихся длительное время без использования. В результате будет использоваться огромное количество вторичного древесного сырья, подвергнутого биологическому разложению, для производства энергии.

Не самую последнюю роль в усугублении сложившейся ситуации играет загрязнение окружающей среды твердыми отходами. Сложившуюся ситуацию может улучшить повсеместное введение биологически разлагаемых полимеров. С целью создания широкого спектра биологически разлагаемых полимерных материалов за рубежом происходит объединение усилий в таких организациях, как Международная ассоциация биологически разлагаемых полимеров (IBAW) и Институт окси-биоразлагаемых пластмасс (OPI).

Таким образом, обострение экологической обстановки в окружающем мире нарастает. Радикальным решением проблемы «полимерного мусора», по мнению специалистов, является создание и освоение широкой гаммы полимеров, способных при соответствующих условиях подвергаться биологической деградации с образованием безвредных для живой и неживой природы веществ. Именно биологическая разлагаемость высокомолекулярных веществ и будет тем приоритетным направлением разработки, которое позволит исключить значительное число проблем «пластмассового мусора», который является ценным сырьем для производства энергии.

Литература

1.                  Локс Ф. Упаковка и экология. Учебное пособие. Перевод с англ. М.: МГУП. 1999.- 220с.

2.                  Клинков А.С., Беляев П.С., Соколов М.В. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов. Учебное пособие. Тамбов: Гос. университет.2005.-80 с.

3.                  Ханлон Дж. Ф., Келси Р. Дж., Форсинио Х.Е. Упаковка и тара: проектирование, технологии, применение. С-Петербург.«Профессия».2004.- 632 с.

4.                  Parks I. // Tappi, 42, N 4. – 1959.- p.317-319.

5.                  Шварц О., Эбелинг Ф.-В., Фурт Б. Переработка пластмасс. С-Петербург. «Профессия».2005.- 320 с.

Поступила в редакцию 18.03.2014 г.