ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ В РЕСПУБЛИКЕ ЧУВАШИЯ Ю.И. Иванов, В.М.Емельянов, С.Г.Мухачев, Б.В.Кузнецов, М.Ф.Шавалиев ООО «Биопрепарат» Казанский государственный технологический университет ООО «Биотехконсалтинг»

Детерминирование сферы материального производства качественными и количественными показателями используемых энергоносителей и энергосодержание продукции является важнейшим фактором, который должен быть положен в основу разработки стратегий регионального устойчивого развития. В этом аспекте использование возобновимого растительного сырья, комплексирование производств, снижение энергоемкости продукции является важнейшей задачей.

Массовые доли и соотношения стоимостей продуктов, получаемых при комплексной переработке 1 тонны зерна пшеницы по данным Татнефтеинвестхолдинга Компонент Клей- ковина КрахмалСироп Био- этанол Отруби Сухая барда Угле- кислый газ Элект- роэнер- гия Масса, кг , Массовая доля, % 6,716,035,26,54,724,66,3- Стоимость, руб Доля в стоимости, % 20,314,935,813,90,028,73,23,1

Массовые доли и соотношения стоимостей продуктов, получаемых при комплексной переработке 1 тонны сахарной свеклы Продукт Био- этанол Пектин Кормовые дрожи Биогумус Лимонная кислота Масса продукта, кг ,93 Массовая доля продукта, % 23,23,928,642,41,9 Общая стоимость продукта, руб ,0291,5172,6 Доля в стоимости продукции, % 23,360,36,46,33,7

Организация производства биопродукции 1.Производство продукции технического назначения из непищевого сырья и отходов. 2.Максимально широкий спектр выпускаемой продукции. 3.Развитие производственного комплекса поэтапно с возможностью ввода новых производств на базе комплексной переработки сырья и вторичных материалов.

Выход этанола при использовании различных видов сырья 1 – солома ржаная 2 – сухая зеленая масса топинамбура 3 – клубни топинамбура (пересчет на 10% влажности) 4 – овес (зерно) 5 – сахарная свекла (пересчет на 10% влажности) 6 – ячмень (зерно) 7 – пшеница (зерно) 8 – рожь (зерно) 9 – кукуруза (зерно)

СЕБЕСТОИМОСТЬ ЭТАНОЛА, $ USA / л ПАДЕНИЕ СЕБЕСТОИМОСТИ ГАЛЛОНА ЭТАНОЛА ПРИ ВНЕДРЕНИИ ЦЕЛЛОЛИТИ - ЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ ФИРМЫ Genencor International ПАДЕНИЕ СЕБЕСТОИМОСТИ ГАЛЛОНА ЭТАНОЛА ПРИ ВНЕДРЕНИИ ЦЕЛЛОЛИТИ - ЧЕСКИХ ФЕРМЕНТОВ ФИРМЫ Genencor International ЗЕРНА 1,34 ЦЕЛЛЮЛОЗОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ 2,62 Себестоимость биоэтанола : 5 $ USA 2001 г. 0,2 $ USA 2006 г. Чистый энергетический баланс биоэтанола при использовании: 1 – Бразилия ( тростник ) 2 – США ( кукуруза ) 3 – Россия ( пшеница ) 4 – Европа ( пшеница ) 5 – Европа ( сахарная свекла )

Перспективное сырье - топинамбур Переработка надземной массы топинамбура дает в пересчете на 1 га 3-4 т спирта. Выход спирта из зеленой массы топинамбура в 1,5-2 раза выше выхода спирта при переработке зерна кукурузы, пшеницы, ячменя в расчете на гектар угодий. Себестоимость спирта, получаемого из зеленой массы топинамбура по оценкам канадских экономистов составит 0,14 – 0,15 $ USA за 1 литр

Перспективное сырье - топинамбур Сравнение топинамбура с лесными культурами по экологическим параметрам оказывается также в пользу топинамбура. Один гектар топинамбура способен поглощать из воздуха за год 6 т углекислого газа, а 1 га леса – 3-4 т. Коэффициент использования фотосинтетически активной радиации ( ФАР ) составляет у топинамбура ( сорт Интерес ) – 2,4- 4,2 % и топинсолнечника ( Новость ВИРа ) – 3,9-5,3 %, в то время как у кукурузы 1,1 % и большинства полевых культур 0,5-1,5 %.

Возможные варианты конверсии сырья Лигноцеллюлозное, крахмал - и инулин содержащее сырье Кислотный гидролиз Термическая и механическая обработка Микробиологическая утилизация лигнина Ферментативный гидролиз Микробиологическая конверсия АЭРОБНЫЙ ПРОЦЕСС АНАЭРОБНЫЙ ПРОЦЕСС Белковые препараты Аминокислоты Органические кислоты Ферменты Бактериальные удобрения Биологические средства защиты растений Ветеринарные препараты Белковые препараты Аминокислоты Органические кислоты Ферменты Бактериальные удобрения Биологические средства защиты растений Ветеринарные препараты Органические кислоты Спирты Кетоны Биогаз Водород Витамины Удобрения Органические кислоты Спирты Кетоны Биогаз Водород Витамины Удобрения

Гидролиз зеленой массы топинамбура В Сибирском государственном технологическом университе, г. Красноярск ( ) проведена обработка массы стеблей топинамбура: экстракция горячей водой – до 32% от СВ, остальные СВ - гидролиз разбавленной серной кислотой. Оптимальная продолжительность гидролиза – 105 минут при температуре 160 °С. Выход РВ – 54% от СВ

Состав экстракта и гидролизата стеблей топинамбура, % масс. от РВ КомпонентФруктозаГлюкозаГалактозаАрабинозаКсилоза Состав экстракта 49,934,116,000 Состав гидролизата 37,748,60,98,64,2

Сравнение процессов гидролиза растительной зеленой массы минеральными кислотами Серная кислота, 2 %Сернистая кислота, 2 %

Производство и потребность в биопродуктах в РФ, тыс.т в год ПроизводствоПотребность 1. Биоэтанол Лимонная кислота Молочная кислота 25 Примечание: потребность в молочной кислоте указана без учета планируемого производства упаковочных материалов

Распределение сырьевого ресурса 1. Ферментолизат клубней топинамбура: - биосинтез молочной кислоты; - биосинтез лимонной кислоты. 2. Гидролизат (ферментолизат) зеленой массы: - брожение с получением биоэтанола; - аэробное выращивание чистых и посевных культур микроорганизмов.

Продуктивности установок по производству этанола при использовании отечественных рас дрожжей, кг/м 3 · час 1 – традиционная схема 2 – рецикл по биомассе 3 – брожение под вакуумом

Рост спиртовых дрожжей в аэробных и анаэробных условиях

Линия чистой культуры Включает: 1.Инокулятор с наномембранным устройством подвода газового питания. 2.Генератор биомассы двухсекционный с многоярусным дисковым диспергатором газа интенсивного действия.

Стенд инокуля тора колонного типа с мембранным узлом стерилизации кислорода СИСТЕМА ОТБОРА ГАЗОВОЙ И ЖИДКОЙ ФАЗЫ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ НАСОС ДАТЧИК УРОВНЯ ЖИДКОСТИ В ЦИКЛОНЕ ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЕ НАСОСЫ ПОДАЧИ СРЕД КОРПУС БИОРЕАКТОРА

Результаты выращивания посевного материала в биореакторе интенсивного действия объемом 10 м 3 с дисковым многоярусным диспергатором газа п/п Показатель Регламент- ный процесс Экспериментальные процессы 123 1Длительность выращивания, ч18,022,523,022,5 2 Прирост концентрации биомассы продуцента, кгАСБ/м 3 11,5545,5038,5036,75 3Съем биомассы, кгАСБ57,75181,09169,40154,35 4 Величина конечного объема культуральной жидкости, м 3 5,003,984,404,20 5Продуктивность, кгАСБ/м 3 ·час3,218,057,376,86 6 Средний удельный расход энергии, кВт·ч/кгАСБ 4,832,102,042,39

Как выбрать объем посевного биореактора?

Предложения по комплексу производств 1.Переработка зеленой массы топинамбура – с использованием сернистой кислоты или (и) ферментов (с сопряжением экзо- и эндэргонических процессов и рекуперацией сернистого газа). 2.Создание унифицированной линии чистой культуры на базе инокулятора с наномембранным устройством газового питания и комбинированным генератором биомассы с дисковым многоярусным диспергатором газа, объемом 20% от объема продуктового биореактора.

3.Утилизация низкопотенциального тепла и низко концентрированных потоков углекислого газа в системе очистки вод с помощью водной растительности, с возвратом зеленой массы на стадию гидролиза или на производство биогаза с использованием технологии кафедры ботаники и биотехнологии Казанского ГПУ. 4.Производство лимонной кислоты осуществить по технологии ИБФМ с использованием дрожжевых культур. (Провести исследования по интенсификации процесса). 5.Организовать в перспективе глубокую переработку лигнина с получением сиреневого альдегида и других ценных продуктов. При создании производственных корпусов заложить свободные терминалы для размещения малых наукоемких производств на основе аренды. 6.Развивать производство постадийно, начиная с производства биогаза (производство в процессе развития должно оставаться безотходным и с замкнутой системой водопользования).

БЛАГОДАРИМ ЗА ВНИМАНИЕ Координаты для связи: 8-(843) ,