В этой главе мы обсудим роль биотехнологии в производстве высококачественного топлива («premium fuels») из биологиче­ского сырья. Начнем с того, что термин «биомасса», который многими микробиологами понимается в относительно узком смысле, сегодня при описании самых общих принципов произ­водства разнообразных видов высококачественного топлива и веществ специального назначения из растений, выращенных не­посредственно для этих целей, или из биологических отходов, образующихся, например, в сельском хозяйстве или пищевой промышленности, используется в более широком смысле. В ос­нове как запасания энергии (фотосинтез), так и переработки сырья (биомассы) в более ценное топливо (путем фермента­ции) лежат биологические процессы. Особое внимание сегодня уделяется разработке более изощренных генетических методов: считается, что они сыграют важную роль как при выведении улучшенных сортов растений с более высокой урожайностью, так и новых форм микроорганизмов для осуществления процес­сов конверсии. Кроме того, вполне возможно создание комбини­рованных искусственных систем, включающих отдельные ком­поненты животных и растений. Таким путем можно получить газообразный водород, связанный C или NH₃.

Как видно из рис. 2.1, получение топлива по схеме «био­масса— биотехнология» основывается на сочетании фотосинте­за, животноводства, кормопроизводства и ферментации с ис­пользованием наиболее подходящих организмов. Все это долж­но быть совмещено с инженерным обеспечением сбора урожая, его перевозки, обработки и получения конечного продукта. Единственным поставщиком энергии в такой системе является солнечный свет (этап фотосинтеза). Соответственно все другие потребности должны быть удовлетворены за счет комбиниро­ванных источников энергии (ископаемого топлива, электроэнер­гии или части самой биомассы). Следовательно, определяющим фактором является отношение количества солнечной энергии, запасенной в конечном продукте, к энергии, затраченной на его производство. Очевидно, что в практической жизни вопросы экономии играют главную роль, однако в большинстве совре­менных программ по использованию энергии биомассы им от­водится второстепенное значение. На первом плане стоят зада­чи самообеспечения, обмена продукцией с другими странами,, увеличения занятости в сельской местности или использования излишков сельскохозяйственных продуктов. В результате пра­вительствам приходится субсидировать программы по произ­водству энергии из биомассы, однако эти вложения не имеют особого смысла, если весь процесс не дает энергетического вы­игрыша.

Рис. 2.1. Взаимосвязи между биомассой и биотехнологией.

К сожалению, сегодня многие системы дают относительно небольшой энергетический «доход», а иногда энергия в них да­же теряется. Следовательно, с биотехнологических позиций бо­лее всего нуждаются в усовершенствовании процессы, связан­ные именно с производством энергии. Прежде всего нужно уве­личить «урожай энергии» с гектара посевов и уменьшить одно­временно затраты на сельское хозяйство. Далее, необходимы энергетически более эффективные способы переработки, особен­но лигноцеллюлозы. Наконец, мы должны научиться получать продукцию в более концентрированной форме для уменьшения энергетических затрат при переработке.

Таким образом, упор в этой области будет делаться на энер­гетическую сторону процессов производства биомассы и кон­версии при фотосинтезе, животноводстве и ферментации.