Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики Справочный материал БИОТЕХНОЛОГИИ

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 2 Экскурс в мир био- и нанотехнологий Биотехнология - совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью биологических агентов. В составе: генная, клеточная и экологическая инженерии Белая: биоиндустрия Зеленая: агробио- технология Красная: фармацевтическ. биотехнология Современная биотехнология – это наука о генно- инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для интенсификации производства или получения новых видов продуктов различного назначения. В молекулярной биологии использование биотехнологических методов позволяет определить структуру генома, понять механизм экспрессии генов, смоделировать клеточные мембраны с целью изучения их функций

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 3 Биотехнология – комплексная междисциплинарная сфера деятельности, основывающаяся на использовании живых систем и процессов с целью масштабного производства полезных для человека продуктов. Приоритетное направление научно-технического прогресса, использующее биопроцессы и биообъекты для получения полезных человеку продуктов и улучшения качества его жизни Биоэкономика – это экономика, основанная на широком применении биотехнологии, использующая возобновляемые ресурсы для производства ценных продуктов и энергии. Научная основа – науки о живых системах и биотехнологии в сочетании с другими технологиями: нанотехнологиями, химией, информационными технологиями и др. Биоэкономика включает все промышленные и экономические секторы, которые производят и используют биоресурсы, в том числе биоотходы.

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 4 Биотехнология Сельское хозяйство Медицина Биокатализ Добыча полезных ископаемых Нанобио- технологии - химическая промышленность - полупродукты для фарминдустрии - новые лекарства и вакцины - диагностикумы (включая микрочипы) - генодиагностика - генотерапия - индивидуальная медицина - регенеративная медицина (стволовые клетки) - добыча металлов (гидрометаллургия) - добыча нефти (вторичная) - новые материалы - биосенсоры - биокомпьютеры - биодеградация поллютантов - замена химических удобрений и пестицидов на биологические - биодеградируемые пластики - замена нефти на биомассу, - сокращение выброса CO 2 Охрана окружающей среды - генно-инженерные растения - генно-инженерные животные - биопестициды, биоудобрения - кормовые аминокислоты, антибиотики, витамины, ферменты

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 5 «красная биотехнология» биофармацевтика биотехнологии для медицины агробиотехнологии инжиниринг растений, ветеринария генно-модифицированные культуры производство биотехнологических препаратов для защиты и охраны окружающей среды «зеленая биотехнология» «серая биотехнология» биоэнергетика, биотопливо биохимическая продукция производство биотехнологических препаратов для добывающих отраслей «белая биотехнология» инженерные процессы в морской биологии «синяя биотехнология» Сегменты мировой биотехнологической индустрии

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 6 Биомасса – совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе в момент наблюдения. Биомасса применятся для производства тепла, электроэнергии, биотоплива, биогаза (метана, водорода). биомасса фуражное зернорапстопинамбур солома, отходы растениеводства активный ил органические отходы животноводства отходы переработки древес., целлюл. Виды биомассы (второе поколение биотоплива)

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 7 Схема переработки сельскохозяйственной продукции в продукцию биоиндустрии и биоэнергию

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 8 шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа; пятый по производительности возобновимый источник энергии после прямой солнечной, ветровой, геотермальной энергии (ежегодно на земле образуется около 170 млрд. т первичной биологической массы и приблизительно тот же объем разрушается); крупнейший по использованию в мировом хозяйстве возобновляемый ресурс (более 500 млн. т усл. топлива в год). Биомасса в энергетике:

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 9 Растительная биомасса является первичным источником энергии на Земле. При образовании 1 кг сухой биомассы поглощается около 1,83 кг CO2 и столько же выделяется при ее разложении (окислении, горении). В результате содержание углекислого газа в атмосфере остается неизменным. Использование биомассы для получения энергии экологически безопаснее, чем, например, угля (при сжигании биомассы выделяется менее 0,2 процента серы и 3–5 процентов золы (2–3 и 15 процентов соответственно)). Кроме того, зола может быть возвращена обратно в почву, что обеспечивает замкнутость круговорота биогенных элементов.

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 10 Биотопливо 2006 Возрастают объемы производства энергии из возобновляемых источников, увеличивается доля вторичной энергии из биомассы (biomass to liquids - биомасса в жидкость), синтетического биотоплива с отличными качествами горения, снижающегося выбросы парниковых газов до 90% и утилизирующего низкосортное промышленное сырье. Доля потребления биотоплива первого поколения, такого, как этанол, биодизель и другие, в странах Европейского Союза должна вырасти с 3% в 2006 году до 12% к 2010 году. В 2010 году Европейский Союз намерен использовать биотопливо в 5,75% автомашин (в 2006 году доля моторного биотоплива в странах Европейского Союза – порядка 2%), к 2020 году - в 8%. Согласно опубликованному в 2006 г. прогнозу Международного Энергетического Агентства (International Energy Agency) биотопливо внесет значительный вклад в удовлетворение потребностей в энергии на автотранспорте. В 2030 г. на долю биотоплива будет приходиться 7% от потребления автомобильного топлива (ныне – 1%). В настоящее время для производства биотоплива в мире используется около 14 млн. га или 1% доступных пахотных земель. К 2030 году эта доля увеличится до 3,5% (площадь необходимой для заправки «спиртовых автомобилей» пахотной земли превысит площадь Франции и Испании). место в энергетическом балансе

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 11 Производство биотоплива подразделяют на: второе поколение – из непродовольственной биомассы: древесины, соломы, биоотходов, энергоемких растений (структ. схема 1); третье поколение (начинает зарождаться, по мнению экспертов, появится на мировом рынке к 2020 году) – генная модификация примитивных, напоминающих растения организмов (водорослей), с целью последующего использования их свойств по улавливанию солнечной энергии для преобразования диоксида углерода в топливо (молекулярная структура получаемого топлива схожа со структурой нефтепродуктов, включая бензин, дизель и реактивное топливо).

Министерство промышленности и энергетики Чувашской Республики, 2010 г. 12 Практически все автопроизводители одобряют использование смеси 90 процентов бензина и 10 процентов этанола без переделки двигателя. Этанол биоразлагаем и не загрязняет природные водные системы, 10 процентов этанола в бензине снижает токсичность выхлопа на 30 процентов. При урожайности семян рапса 3 т/га можно получить 1 т моторного топлива и 2 т высококачественных кормов. Свойства моторного топлива, получаемого из семян рапса, близки к свойствам дизельного топлива, однако вредные выбросы при использовании биотоплива значительно снижены