238 Приложение 17 Наименование программы: «Развитие

Приложение 17
Наименование программы:
«Развитие физико-химических основ интегрированной биотехнологической и термохимической конверсии твердого органического сырья с получением новых биополимеров,
связующих и гуминовых веществ, наноструктурированных углеродных материалов и
биотоплив»
Обоснование необходимости исследований
Твердое органическое сырье (ископаемые угли, торф, сапропели и др.) в настоящее
время мало используется в интересах космической отрасли. Однако эти виды сырья, которыми богата Россия, являются альтернативой нефти. На их основе возможно получение широкого ассортимента продуктов, заменяющих нефтехимические. Но традиционные технологии
химической и термохимической переработки твердого органического сырья в известной степени исчерпали себя, в силу низкой эффективности и негативного воздействия на окружающую среду. Биотехнологическое преобразование структуры угля и растительной биомассы с
целью изменения их реакционной способности – экологически безопасный способ модификации природного углеродсодержащего сырья. Проведение такой предобработки исключает
применение опасных химических реагентов и открывает новые возможности для получения
из твердого органического сырья востребованных химических продуктов и материалов.
Стратегической целью Комплексной программы развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года является выход России на лидирующие позиции в
области разработки биотехнологий и создание конкурентоспособного сектора биоэкономики,
который наряду с наноиндустрией и информационными технологиями должен стать основой
модернизации и построения постиндустриальной экономики.
Комплексная программа развития биотехнологий включает в себя раздел «Создание
биотехнологических комплексов по глубокой переработке древесной биомассы» целью которого является производство химических веществ с использованием в качестве исходного
сырья возобновляемой биомассы. В настоящее время в России при наличии развитой химической промышленности и нефтехимии практически не ведется работа в этом направлении.
В рамках направления «Производство биотоплива и его компонентов из биомассы с заданными химмотологическими свойствами» планируется развитие производств твердого,
жидкого и газообразного биотоплива, а так же биокомпонентов для топлива, произведенного
из сырья ископаемого происхождения.
238
Разработанные к настоящему времени технологии получения жидких продуктов из угля
не отвечают современным требованиям экологической безопасности и экономической целесообразности. Аналогичная ситуация существует и в сфере получения гуминовых веществ и
сорбентов из угля.
В настоящее время основными направлениями биотехнологической переработки древесины и древесных отходов являются: делигнификация древесины при производстве целлюлозы; утилизация лигноцеллюлозных отходов; получение кормового белка и биоэтанола.
В области биоконверсии твердых горючих ископаемых (ТГИ) сформировались следующие направления: биогазификация ТГИ метанообразующими анаэробными бактериями;
биовыщелачивание пиритной и органической серы; растворение/ожижение органической
массы ТГИ с участием микроорганизмов; окисление метана, выделяющегося из угольных
пластов, метанотрофными бактериями.
Процессы биотехнологической переработки твердого органического сырья имеют хорошую перспективу использования в космической отрасли, в частности для биопереработки
отходов, получения биодеградируемых и биосовместимых материалов, а также в замкнутых
экосистемах для получения пищевых веществ, биоудобрений, грунтов, средств защиты растений.
Цели проекта, предполагаемые результаты исследований
Цель проекта – установление закономерностей, связывающих изменение химического
состава и структурной организации природного твердого органического сырья (ТОС) при его
биотехнологической трансформации, с выходом, составом и свойствами продуктов его последующих химических и термохимических превращений и разработка на этой основе более
эффективных, чем известные, методов получения востребованных продуктов: связующих и
гуминовых веществ, нанопористых углеродных материалов, биодеградируемых и биосовместимых полимеров и композитов.
Исследования в рамках проекта будут проводиться в следующих направлениях:
- разработка новых методов управления реакционной способностью ТОС (растительная биомасса, сапропели, бурые угли) в процессах химических и термохимических превращений,
использующих биотрансформацию структуры и состава исходного сырья;
- разработка новых методов комплексной переработки ТОС в сорбенты, гуминовые и связующие вещества, биотоплива, биодеградируемые и биосовместимые полимеры;
- изучение состава, физико-химических и потребительских свойств продуктов, полученных
биохимическими и термохимическими методами из твердого органического сырья.
239
Ожидаемые результаты:
1. Кинетические закономерности аэробной биотрансформации растительной биомассы, сапропелей и бурых углей под действием бактерий и мицетов.
2. Результаты физико-химического исследования состава и строения продуктов биотрансформации ТОС.
3. Сведения о влиянии природы ТОС и условий его аэробной биотрансформации на реакционную способность биобработанного сырья в процессах термохимических превращений (пиролиз, терморастворение, гидрогенизация).
4. Новые методы получения из биообработанного ТОС нанопористых углеродных материалов с регулируемой пористой структурой, биодеградируемых и биосовместимых материалов,
биотоплив.
5. Кинетические закономерности процессов терморастворения и гидрогенизации биообработанного ТОС.
6. Научные основы технологии комплексной переработки различных видов ТОС в нанопористые углеродные материалы, связующие и гуминовые вещества, биотоплива, биодеградируемые и биосовместимые материалы, базирующейся на интеграции процессов биообработки и термохимических превращений сырья.
Результаты, полученные при выполнении проекта, будут использованы при разработке
новых ресурсо- и энергосберегающих, экологически безопасных процессов глубокой переработки твердого органического сырья в востребованные химические продукты, биотоплива и
материалы.
Основные блоки (этапы) проекта
Блок 1. Аэробная биотрансформация различных видов твердого органического сырья (растительная биомасса, сапропели, бурые угли)
Блок 2. Термохимические превращения биообработанного твердого органического сырья
Блок 3. Методы получения биодеградируемых и биосовместимых полимеров и композитов
Блок 4. Комплексная переработка твердого органического сырья на основе интеграции методов биопереработки и термохимических превращений
240