— К чему стремится ваша исследовательская группа?
— Мы работаем на таком сырье, как солома кукурузы и пшеницы. Намерены добиться того, чтобы около 90% содержащихся в них целлюлозы и глюкозы стали доступны для питания бактерий и смогли послужить основой для создания топлива. По сути, это движение по пути к биотопливу третьего поколения.
— А первые два?
— Первое поколение – хорошо известные спирты из картофеля, крахмала, зерна и прочего пищевого сырья. Даже чисто топливные спирты, используемые в Бразилии производятся на основе сахарного тростника. Биотопливо второго поколения тоже хорошо известно, технологию его получения на Западе кое-где называют «русским процессом». Это кислотный гидролиз лигноцеллюлозосодержащего сырья. Гидролизный спирт начали получать еще лет 150 назад, но у этого производства есть два недостатка. Во-первых, используются сильные кислоты – серная, соляная, – и уходящий в отходы лигнин оказываются ядовитым, приблизительно как при производстве бумаги. Вторая проблема: гидролизный спирт не подарок, внутрь его употреблять не рекомендуется. С учетом особенностей национального менталитета и традиций, топливо, хотя бы как-то ассоциируемое со словом «спирт» не должно причинять вреда при попадании в организм человека.
Мы работаем над основами получения биотоплива третьего поколения – тоже гидролизного, но гидролиз здесь не кислотный, а ферментативный (также этот метод называют энзиматическим гидролизом).
— Принципиально ли это – научиться делать топливо из «несъедобного» сырья?
— Да. Всё, что сделано до настоящего времени, вплоть до промышленного получения биоэтанола, построено на использовании сырья пищевого назначения – сахарного тростника, других питательных культур. Но на планете не решена проблема голода, и использование питательной основы для обеспечения топливом одного миллиарда людей из всего населения планеты не представляется возможным. Поэтому происходит повсеместный переход от сахаров и крахмалов к изучению возможностей переработки лигноцеллюлозы, содержащейся прежде всего в сельскохозяйственных отходах –солома, стебли, шелуха и т.п.
— Такое сырье сложнее сделать пригодным для создания биотоплива?
— Значительно сложнее, потому что целлюлоза находится в комплексе с лигнином. Этот полимер препятствует переработке целлюлозы в этанол традиционными методами, и чем больше лигнина в составе исходного сырья, тем ситуация хуже. Чтобы было понятно, хлопок – почти стопроцентная целлюлоза. Но никому в голову не придет пускать на топливо это ценнейшее для ряда отраслей сырье. Дальше идут отходы растительных культур, в них содержание целлюлозы уже 25% и 10% – лигнина. В древесине же этих компонентов приблизительно поровну, по 20-30 процентов. Если с целлюлозой научились работать хорошо, то «лигниновая проблема» на уровне технологий пока не решена. Можно пойти по пути расширения сырьевой базы за счет непищевых культур с высоким содержанием целлюлозы и низкой долей лигнина, например, мискантуса, но для этого приходится создавать новые сельскохозяйственные производства.
— Тогда какие решения видятся на пути преодоления «лигнинового барьера»?
— Мы уже начали работать с теми видами сырья, в которых сравнительно высоко содержание лигнина. Прежде всего, это сельскохозяйственные отходы: солома, стебли кукурузы и многое другое. С древесиной сложнее, поскольку, кроме лигнина, она содержит трудноудаляемые смолы. Та стадия, на которой мы находимся, выглядит следующим образом: мы хорошо отработали в лабораторных условиях выделение целлюлозы из сырья с содержанием лигнина порядка 10% и дальнейшее получение биоэтанола. В дальнейшем мы планируем поэтапно переходить на растительное сырье со все большим и большим содержанием лигнина.
— Что, выражаясь обиходно, можно будет «потрогать руками»?
— Мы создаем основы технологии получения порошка из растительного сырья – порошка, сразу пригодного для питания микроорганизмов. В одном варианте, поставив почти стандартный спиртзавод, из этого порошка можно будет производить биоэтанол, а в другом, просто засыпая в биотанки – получать биогаз. Этот продукт заведомо востребован на рынке. Поскольку исходное сырье не везде скапливается в больших количествах, мы планируем разработать автономную контейнерную установку. Она могла бы приезжать на поле или на ферму, в любое хозяйство, подключиться к электросети, переработать имеющееся сырье, запаковать готовый порошок и увезти его потребителю – точнее, производителю биогаза или этанола.
— Кроме «жидкого» топлива биотехнологии могут помочь в создании газа?
— Да, биогаз сегодня – это популярная тема, в прошлом году только в Германии было запущено порядка 1200 малых установок по производству биогаза. Но проблема заключается в том, что бактерий-производителей биогаза там приходится подкармливать еще и сахаром, иначе они непродуктивны. Добавлять сахар в навоз, согласитесь, довольно абсурдно. С московскими коллегами мы занимаемся поисками способов получения биогаза, полностью исключающих использование пищевого сырья. Будем помнить, что газ – это такое же топливо, что и этанол. Причем расчеты показывают, что при производстве биоэтанола реализуется около 50% изначальной энергетической ценности растительного сырья, а при получении биогаза – около 98%.
Academ.info