Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива

Енерговиробництво, засноване на використанні непоновлюваної сировини — вугілля, нафти і газу, — за останні десятиліття зросло в такому обсязі, що стало очевидним швидке повне виснаження енергетичних ресурсів. Крім того, сформовані способи енергоспоживання супроводжуються сильним забрудненням при...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2008
Main Authors:	Гродзинський, Д., Дембновецький, О., Левчук, О.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2008
Subjects:	Енергоресурс
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2084
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива / Д. Гродзинський, О. Дембновецький, О.Левчук // Вісн. НАН України. — 2008. — N 1. — С. 22-31. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-2084
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-20842025-02-09T20:43:23Z Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива Horizons of the National Bioenergetics/ Contribution of scientists of nas of Ukraine into the solution of the liquid biofuel production problem Гродзинський, Д. Дембновецький, О. Левчук, О. Енергоресурс Енерговиробництво, засноване на використанні непоновлюваної сировини — вугілля, нафти і газу, — за останні десятиліття зросло в такому обсязі, що стало очевидним швидке повне виснаження енергетичних ресурсів. Крім того, сформовані способи енергоспоживання супроводжуються сильним забрудненням природного середовища. Тому сьогодні дедалі більше уваги приділяють пошуку альтернативних екологічно чистих і поновлюваних енергоресурсів. Одним із можливих рішень проблеми енергетики є виробництво біопалива. У статті описано основні результати робіт учених НАН України з проблеми біопалива. Серед них особливо важливими є нові культури і сорти рослин, придатні для виробництва біоетанолу і дизельного біопалива. Одержано мутантні штами метилотрофних дріжджів, використання яких істотно розширює сировинну базу для виробництва біоетанолу. Запропоновано нові поверхнево активні речовини для підвищення вмісту біоетанолу в пальному й екологічно безпечні високооктанові домішки. Сформульовано пропозиції щодо перегляду і вдосконалення програм розвитку виробництва біопалива в Україні. Power industry based on traditional sources use – coal, oil and gas has been growing intensively during last decades that it’s evident these resources will be exhausted completely. Furthermore contemporary power industry is very hazardous to environment. That’s why today more attention is paid to the problem of ecologically clean and renewable resources search. Biofuel is one of a series of alternative power industry solution. The main results of the investigations carried out by scientists of NAS of Ukraine are discussed in this article. The most important ones are new crops and species of cultured plants that can be used for bioethanol and diesel oil fuels manufacturing. Mutant forms of methyltrophic yeasts are deduced for an extending the base of bioethanol resources. New surface active compounds as well as high octane substances are proposed for an augmentation of ethanol concentration in biofuel. Suggestions on review and improvement of the programs of biofuels production development in Ukraine are formulated. 2008 Article Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива / Д. Гродзинський, О. Дембновецький, О.Левчук // Вісн. НАН України. — 2008. — N 1. — С. 22-31. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 0372-6436 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2084 uk application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Енергоресурс Енергоресурс
spellingShingle	Енергоресурс Енергоресурс Гродзинський, Д. Дембновецький, О. Левчук, О. Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива
description	Енерговиробництво, засноване на використанні непоновлюваної сировини — вугілля, нафти і газу, — за останні десятиліття зросло в такому обсязі, що стало очевидним швидке повне виснаження енергетичних ресурсів. Крім того, сформовані способи енергоспоживання супроводжуються сильним забрудненням природного середовища. Тому сьогодні дедалі більше уваги приділяють пошуку альтернативних екологічно чистих і поновлюваних енергоресурсів. Одним із можливих рішень проблеми енергетики є виробництво біопалива. У статті описано основні результати робіт учених НАН України з проблеми біопалива. Серед них особливо важливими є нові культури і сорти рослин, придатні для виробництва біоетанолу і дизельного біопалива. Одержано мутантні штами метилотрофних дріжджів, використання яких істотно розширює сировинну базу для виробництва біоетанолу. Запропоновано нові поверхнево активні речовини для підвищення вмісту біоетанолу в пальному й екологічно безпечні високооктанові домішки. Сформульовано пропозиції щодо перегляду і вдосконалення програм розвитку виробництва біопалива в Україні.
format	Article
author	Гродзинський, Д. Дембновецький, О. Левчук, О.
author_facet	Гродзинський, Д. Дембновецький, О. Левчук, О.
author_sort	Гродзинський, Д.
title	Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива
title_short	Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива
title_full	Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива
title_fullStr	Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива
title_full_unstemmed	Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива
title_sort	обрії вітчизняної біоенергетики. внесок учених нан україни в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Енергоресурс
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2084
citation_txt	Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива / Д. Гродзинський, О. Дембновецький, О.Левчук // Вісн. НАН України. — 2008. — N 1. — С. 22-31. — Бібліогр.: 10 назв. — укр.
work_keys_str_mv	AT grodzinsʹkiid obríívítčiznânoíbíoenergetikivnesokučenihnanukraínivrozvâzannâproblemvirobnictvarídkogobíopaliva AT dembnovecʹkiio obríívítčiznânoíbíoenergetikivnesokučenihnanukraínivrozvâzannâproblemvirobnictvarídkogobíopaliva AT levčuko obríívítčiznânoíbíoenergetikivnesokučenihnanukraínivrozvâzannâproblemvirobnictvarídkogobíopaliva AT grodzinsʹkiid horizonsofthenationalbioenergeticscontributionofscientistsofnasofukraineintothesolutionoftheliquidbiofuelproductionproblem AT dembnovecʹkiio horizonsofthenationalbioenergeticscontributionofscientistsofnasofukraineintothesolutionoftheliquidbiofuelproductionproblem AT levčuko horizonsofthenationalbioenergeticscontributionofscientistsofnasofukraineintothesolutionoftheliquidbiofuelproductionproblem
first_indexed	2025-11-30T15:00:30Z
last_indexed	2025-11-30T15:00:30Z
_version_	1850227903254495232
fulltext	22 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 ЕНЕРГОРЕСУРС Проблема біопалива, як питання одержання людством енергії з біомаси (на- самперед теплової), має глибоке історичне коріння, оскільки започаткована першим багаттям, свідомо розпаленим первісною людиною, тобто з часів, коли вона вперше почала змінювати навколишнє середовище для задоволення своїх дедалі більших потреб. Без великого перебільшення можна стверджува- ти, що саме тоді почалася ера цивілізації і наступного науково-технічного прогресу (НТП) на Землі. Упродовж багатьох тисячоліть, коли ледь не єдиним джерелом енергії була рос- линна сировина, людство, так би мовити, ще не дуже «дошкуляло» довкіллю. І тільки з по- явою вугілля, нафти, газу та урану, які були набагато ефективнішими, порівняно з їхніми попередниками (деревина, енергія сонця, ві- тру, води тощо), НТП почав помітно вплива- ти на стан навколишнього середовища через технології, орієнтовані на широкомасштабне використання паливних та інших природних ресурсів. Надійність зазначених енергоносі- їв виявилася настільки високою, що у свідо- мості людства сформувалась і глибоко вко- ренилася парадигма атомно-паливної енер- Д. ГРОДЗИНСЬКИЙ, О. ДЕМБНОВЕЦЬКИЙ, О. ЛЕВЧУК ОБРІЇ ВІТЧИЗНЯНОЇ БІОЕНЕРГЕТИКИ Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива © ГРОДЗИНСЬКИЙ Дмитро Михайлович. Академік НАН України. Академік-секретар Відділення загальної біології НАН України. ДЕМБНОВЕЦЬКИЙ Олег Федорович. Кандидат біологічних наук. Провідний науковий співробітник Цен- тру досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України. ЛЕВЧУК Олег Миколайович. Кандидат біологічних наук. Старший науковий співробітник-консультант Науково-організаційного відділу Президії НАН України, секретар науково-технічної ради цільової комплексної програми наукових досліджень НАН України «Біомаса як паливна сировина» (Київ). 2008. гетики як безальтернативної на досить три- валу перспективу. Роль рослинної сировини при цьому суттєво зменшилася, хоча й до сьогодні в багатьох сільських хатах дрова є переважним джерелом енергії. Стрімкий і некерований НТП з плином часу призвів, з одного боку, до того, що при- родні непоновлювальні ресурси нафти, газу та інших викопних багатств наблизилися до виснаження 1, а з другого — до безпреце- дентного забруднення довкілля життєвоне- 1 За деякими оцінками, людство вже в середині ХХІ ст. почне витрачати природних ресурсів більше, ніж зможе відтворити їх Земля. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 23 безпечними компонентами, які спричини- ли парниковий ефект, озонові діри, гло- бальне потепління, зміну клімату, підви- щення захворюваності людей тощо. Нега- тивний вплив НТП на довкілля набагато перевищує шкоду, яку завдала навколиш- ньому середовищу цивілізація за весь пері- од свого існування [1]. Суспільство, усвідомивши, що це вже ре- ально загрожує не тільки цивілізації, але й планеті в цілому, збагнуло необхідність ви- робити нову парадигму енергетики майбут- нього, яка не супроводитиметься погіршен- ням стану навколишнього середовища, і ді- йшло висновку про потребу якнайшвидшої переорієнтації своєї економічної інфра- структури на використання екологічно без- печних і поновлювальних джерел енергії. Серед них чільне місце займає біомаса рос- лин, які мають найдосконаліший механізм утилізації сонячної енергії — фотосинтез. Він уможливлює непорушність чи не най- важливішого великого біогеохімічного кру- гообігу на нашій планеті — кругообігу вуг- лекислого газу, кисню й води — і забезпе- чує компенсацію споживаного людством кисню. Людство поки що не в змозі повніс- тю опанувати фотосинтетичні енергетичні процеси і застосовує переважно штучні не- природні невідновлювальні енергетичні джерела, виснажуючи природні ресурси. Тому можна стверджувати, що фотосинте- тичній енергетиці належить майбутнє, а ви- користання рослинної маси для отримання біопалива — це лише одна з небагатьох ща- блинок, якими суспільство торує шляхи повного переходу до екологічно чистої, так би мовити, справжньої біоенергетики. Завдяки продуктам фотосинтезу (фіто- палив) уже найближчим часом може по- криватися орієнтовно до 10 % усіх енерго- витрат. Енергетика України значною мірою базується на імпорті енергетичної сирови- ни — нафти, газу, бензину, — ціна на яку по- стійно зростає, і ця тенденція буде посилю- ватися з року в рік, оскільки видобуток ви- копних джерел енергії скорочується і в пер- спективі запаси цих енергоносіїв будуть вичерпані. Проте, як свідчить світовий до- свід, поки що немає вагомої альтернативи рідкому паливу для автотранспорту, що є основною ланкою їх споживання. На сьогодні найбільш відомими рідкими видами біопалива є біодизель (для дизель- них двигунів) та біоетанол (для карбюра- торних двигунів 2). Біодизель виробляють із різних олійних культур (у Європі пере- важно з ріпаку 3) шляхом переетерифікації 4 його очищеної олії (він є ефіром метанолу або етанолу та довголанцюгових жирних кислот), а біоетанол отримують дріж джо- вим збродженням біомаси, яка містить кро хмаль або цукристі речовини. Вартість біопалива на сьогодні майже у 1,5—3 рази вища від нафтових різновидів пального. Проте вона певною мірою зале- жить від «глибини» перероблення сирови- ни (маємо на увазі якість, супутні продук- ти, повноту утилізації відходів тощо), а та- кож від світових цін на сиру нафту і збіль- шення обсягів промислового виробництва біопалива. Поки що його застосовують як домішки (10—40 %) до товарного пального (частково це зумовлено необхідністю спе- ціального переобладнання теперішніх дви- гунів). Застосування біопалива як домішок до традиційного пального суттєво поліп- шує роботу двигунів і сприяє значному зменшенню рівня їхньої екологічної небез- 2 Майже половину нафти, яку видобувають у світі, ви- трачають на автомобільне пальне. 3 Ріпак — однорічна трав’яниста рослина родини ка- пустяних, росте на родючих пухких та некислих ґрунтах, добре реагує на підживлення органічними і мінеральними добривами, його насіння не накопичує нуклідів, тому ріпак можна вирощувати на радіацій- но забруднених землях за умови дотримання вимог радіаційної безпеки. 4 Переетерифікація — хімічний процес каталітичного заміщення в жирах гліцерину відповідною кількістю молекул метанолу чи етанолу. 24 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 пеки 5. Розвинені країни (США, Бразилія, Німеччина, Франція, Італія, Швеція та ін.) протягом останніх десятиліть приділяють цим питанням особливу увагу і нарощують обсяги виробництва біопалива, незважаю- чи на його вартість. Для України (наша держава, займаючи восьме місце у світі за економічним потен- ціалом, перебуває в другій сотні списку країн за показниками соціального розвитку ООН) питання організації вітчизняного виробництва біопалива з кожним роком стає дедалі актуальнішим. І не тільки тому, що воно підвищує рівень екологічної без- пеки 6, але й тому, що може суттєво змен- шити залежність країни від зарубіжних енергоносіїв (така залежність залишається на майбутні роки однією з найпекучіших проблем вітчизняної економіки, а отже, од- ним із найважливіших чинників національ- ної безпеки). З огляду на обмежені масш- таби виробництва власного біопалива мож- на стверджувати, що сучасний його стан аж ніяк не відповідає нагальності проблеми (певною мірою це можна пояснити низкою несприятливих факторів — відсталість с.-г. виробництва, розбалансованість і «тініза- ція» економіки, невизначеність соціальних і економічних орієнтирів розвитку суспіль- ства, міжгалузеві бар’єри, невирішеність окремих наукових питань тощо) і тому по- требує докорінного поліпшення. Учені Національної академії наук Украї- ни, крім проведення фундаментальних до- сліджень, вивчають деякі питання, пов’язані з біопаливом: покращення і розширення сировинної бази; удосконалення традицій- них та розроблення вітчизняних техноло- гій виробництва біопалива з урахуванням регіональних і технологічних особливос- тей; розроблення і поліпшення рецептур домішок до товарного пального тощо. До 2007 р. це були розрізнені дослідження, які не мали комплексного характеру. Так, учені Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка, визнаного в світі на- укового і практичного центру з інтродукції і селекції рослин, багато років присвятили відновленню посівів озимого і ярового рі- паку, який кілька десятиліть у першій по- ловині ХХ ст. майже не вирощували на те- ренах України [2]. До Державного реєстру сортів рослин України занесено 30 сортів іноземної і 5 сортів вітчизняної селекції, серед них найбільш відомі: Аскорі, Буффа- ло, Волан, Алігатор, Лібеа, Чорний веле- тень та ін. До сьогодні ріпак в Україні ви- рощують в основному заради його насіння, з якого виробляють близько 12 тис. тонн олії на експорт (230—260 $ за тонну) 7. Попри те що ця справа економічно ніби й вигідна, слід зазначити, що більш ваго- мою, з погляду державних інтересів, є орга- нізація виробництва з ріпаку вітчизняного біодизелю. Кабінет Міністрів України (роз- порядження № 576-р від 28.12.05) розгля- нув і схвалив Концепцію програми розви- тку виробництва дизельного біопалива на період до 2010 року, а 22 грудня 2006 р. за- твердив (постанова № 1774) і саму Про- граму розвитку виробництва дизельного біопалива, якою передбачено, зокрема, створення зон концентрованого вирощу- вання ріпаку з використанням сучасних технологій, удосконалення структури зе- мель с.-г. призначення, оптимізацію площ угідь, за сіяних ріпаком, дотримання нау- ково-об ґрун тованої сівозміни, а також бу- дівництво 20 заводів для перероблення рі- 5 У викидах зменшується вміст СО2, СО, оксидів сір- ки, а також аерозольних часток, подовжується життя двигунів тощо. 6 Зокрема, зменшення ризику техногенних аварій, пов’язаних із розгалуженою в країні нафтовою інф- раструктурою. 7 З 1 тонни насіння отримують 0,33 т олії, 0,60 т шроту для згодовування худобі або на експорт (137 $ за т) і 0,06 т гліцерину для промисловості; ріпакову солому можна переробляти на паливні брикети. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 25 пакового насіння. Згідно з нею Україна має виробляти і споживати у 2010 р. близько 623 тис. т біодизелю, що вимагає майже на порядок збільшити виробництво відповідної олії 8. Перед науковцями стоять важливі за- вдання зі створення більш високопродук- тивних сортів озимого і ярого ріпаку та міжвидових гібридів ріпаку з суріпицею, інтродукції і селекції використання нових енергетичних культур (чорнушка, редька олійна, гірчиця та інші високоолійні росли- ни, які переважають ріпак щодо зимостій- кості і екологічної пластичності), а також розроблення біотехнологій, які умож лив- люють генно-інженерне вдосконалення гос подарчо корисних властивостей сортів. При цьому мають бути вирішені важливі питання щодо суттєвого підвищення вро- жайності (Європа — 3—4 т/га, Україна — 1,2—1,3 т/га, передбачено 2—3 т/га), забез- печення зимостійкості (в Україні озимий ріпак іноді вимерзає) пропонованих куль- тур, а також оптимізації хімічного складу їхніх олій. Науковці Інституту клітинної біології і генетичної інженерії розробили методи і ввели в культуру in vitro кормові та техніч- ні культури однодольних (пальчасте просо, ячмінь) та дводольних рослин (соя) укра- їнської селекції для підвищення урожай- ності шляхом створення високопродуктив- них трансгенних ліній цих рослин. Спільно з ученими Національного ботанічного саду ім. М.М. Гришка створено перспективний сорт пальчастого проса. Перед науковцями установи поставлено завдання розробити біо технології, які максимально уможлив- люють генно-інженерне вдосконалення гос- подарчо корисних властивостей перспектив- них для виробництва біопалив сортів с.-г. культур (цукровий буряк, картопля, рі- пак). Для впровадження інтенсивних техноло- гій вирощування вказаних культур значною мірою можуть прислужитися нові препара- ти, розроблені в Інституті біоорганічної хі- мії та нафтохімії. Це агрохімікати із широ- ким спектром дії (вуглеамонійні солі та їхні похідні, регулятори росту рослин — Три- ман-1, Івін, Емістим С, Трептолем, Альфа й інші) [3, 4]. Вуглеамонійні солі та їхні по- хідні поліпшують живлення і життєстій- кість рослин, стимулюють фотосинтез та активне транспортування іонів, збільшують вміст хлорофілу в рослинах, регулюють ґрунтову мікрофлору. Зазначені регулятори росту рослин мають високу фізіологічну ак- тивність, підвищують активність мембран, активують синтез основних макромолекул та процеси живлення рослин і забезпечу- ють на 10—20, а то й більше відсотків підви- щення врожайності с.-г. культур. Їхнє використання, порівняно з тради- ційними агрохімікатами, виявилося ефек- тивнішим, екологічно безпечнішим, більш ресурсоенергоощадним та економічно ви- правданим. В умовах промислового вироб- ництва в потрібному обсязі їх можна ефек- тивно використати під час інтенсивного ви- рощування ріпаку та інших с.-г. культур, про що свідчить досить тісне співробітни- цтво в цьому напрямі з Китаєм. Науковці зазначеного інституту для бен- зинів марок А-80, А-92 та А-95 запропону- вали поверхнево активні речовини, які до- зволяють використовувати до 6 % зневод- неного біоетанолу. У дослідних умовах пе- ревірено рецептури бензинів, що містять близько 85% біоетанолу і відповідають єв- ропейському стандарту Е-85. Запропонова- но також технологію отримання біодизелю на основі генетично модифікованої сої. Тривають активні дослідження щодо замі- ни в біодизельному пальному токсичного метанолу на етиловий спирт [5]. 8 Таку кількість олії можуть забезпечити посіви ріпаку на 10—14 % загальної площі ріллі, що є цілком при- йнятним для вітчизняної агросфери. 26 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 В Інституті сорбції та проблем ендоеко- логії проводять важливі роботи з розро- блення доступних каталізаторів для полег- шення відокремлення сульфіду кальцію (відходів процесу переетерифікації ріпако- вої олії під час виробництва біодизелю) від реакційної маси, що не спричинює корозії відповідної апаратури [6]. Сьогодні в цьо- му процесі використовують сильні луги та сірчану кислоту, що призводить до появи великої кількості відходів (в основному сульфату кальцію — гіпсу), які утворюють- ся внаслідок оброблення сірчаною кисло- тою оксиду кальцію. Це викликає певні не- зручності та ускладнення. Створення за- значених каталізаторів сприятиме підви- щенню економічності технологій. В Інституті відновлюваної енергетики проводять важливі дослідження термоди- намічних процесів у двигунах внутрішньо- го згоряння, що працюють на біодизелі, з метою встановлення їхньої оптимальної конструкції та режимів експлуатації, готу- ють проект пересувної сертифікаційної ла- бораторії з контролю якості і фізико-хі- мічних властивостей рослинної олії і біопа- лива щодо їхньої відповідності українським і міжнародним стандартам. Розроблено та- кож оригінальну промислову технологію виробництва біодизелю з ріпаку, яку вже впроваджують і за кордоном, зокрема в Ма- кедонії. В Інституті фізичної хімії ім. Л.В. Пи- саржевського опрацьовують екологічно безпечні високооктанові домішки і компо- зиції до моторного пального на основі біо- етанолу, використовуючи вітчизняну де- шеву сировину природного походження. Фахівці цього інституту запропонували, зокрема, здійснювати каталітичний синтез високооктанових домішок та їх абсолюту- вання із залученням модифікованих міне- ральних сорбентів для створення компо- зицій на базі некондиційних низькоокта- нових бензинів (газовий конденсат, «ста- більний бензин» та інші). Отримані ре- зультати довели перспективність застосу- вання високооктанових домішок на основі біоетанолу та вищих спиртів, а також принципову можливість створення компо- зицій на основі біоетанолу, які не потребу- ють стадії абсолютування. В Інституті харчової хімії і технології [7] запропоновано дві модифікації водно- паливних емульсій (перша — вода до 10 %, емульгувальна система, дизпаливо, друга — вода до 10 %, рослинна олія — ріпакова або соєва — до 10 %, емульгувальна система, дизпаливо). Емульгувальну систему ство- рено на основі ефірів сорбіту, оксиметильо- ваних вищих жирних кислот та оксиети- льованих алкілфенолів. Їхнє застосування зменшує на 7—10 % витрати пального та шкідливі викиди в атмосферу. Одержано лабораторні зразки комбінованого дизпа- лива. Крім того, в інституті розроблено вітчиз- няну комплексну технологію отримання етанолу з кукурудзи. Її головна відмінність від традиційних технологій у тому, що зер- но кукурудзи розділяють на крохмальну крупу 9, з якої безпосередньо традиційно отримують етанол, і на зародок 10, з якого виготовляють інші продукти — олії, білкові пасти. Виділення зародка суттєво поліпшує якість сировини для етанолу і дозволяє знизити відповідні енерговитрати, при- швидшивши ферментацію, зменшивши від- ходи, використавши вторинне тепло, уник- нувши проміжних стадій випаровування і конденсації продуктів тощо. Реалізувати 9 Знежирена крохмальна крупа може бути викорис- тана в пивоварінні, виробництві харчової продук- ції — чипси, патока тощо. 10 Зародок містить переважно жир і білок, які зви- чайно лише гальмують процеси оцукрювання і бродіння, підвищують в’язкість напівпродуктів, утворюють осад на поверхнях бражних колон і те- плообмінників, підвищують витрати ферментів та технологічної пари. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 27 зазначену технологію на практиці можна на базі незавантажених спиртових і ме- лясно-спиртових заводів. Її впровадження, згідно з розрахунками авторів, не тільки за- довольнить потреби країни, але й дасть можливість експортувати вітчизняний ета- нол 11. Підвищенню економічності цієї техноло- гії можуть суттєво сприяти раніше згадані агрохімікати, а також нові сорти і гібриди кукурудзи, отримані в Інституті фізіології рослин і генетики [8]. Його співробітники розробили методи гетерозисної селекції рослин, зокрема, селекції кукурудзи на ран- ньостиглість. Обґрунтовано конкретні ме- тоди підвищення ефективності селекції, у результаті якої створено цінні лінії та гі- бриди кукурудзи, які надійно (з необхідни- ми технологічними якостями) дозрівають на зерно в зонах із коротким безморозним періодом. Ранньостиглі гібриди кукурудзи дозволяють отримувати товарне зерно на- віть у зоні Полісся (це особливо актуально з огляду на географічне розташування України). Запропоновано понад десяток нових сор- тів і гібридів кукурудзи із середньою вро- жайністю 90–160 ц/га (серед них найбільш відомі Планета-180, Сатурн, Титан-220 СВ, Тясмин МВ, Нептун СВ, Комета СВ та ін.), які внесено до Державного реєстру сортів України. Триває також важлива робота з організа- ції системи насінництва нових сортів, що створює хороші перспективи для швидко- го, в разі потреби, розширення посівних площ з метою забезпечення виробництва потрібної кількості етанолу. До речі, за твердженням FAO, Україна входить у четвірку країн, які можуть суттє- во збільшити кількість с.-г. продукції. Про- те сьогодні вона залишається досить неста- більним виробником такої продукції. Стро- катість урожайності зернових за роками від 20—25 млн тонн зерна у 1996, 1998–2000, 2003 рр. до 40–45 млн тонн зерна у 1993, 2001, 2002, 2004 рр. не забезпечує надій- ність виробництва навіть для власних по- треб. Разом з тим вітчизняна наука готова вже сьогодні забезпечити с.-г. виробництво високопродуктивними сортами та техноло- гіями для отримання стабільно високих урожаїв основних зернових культур. Це має стати основним пріоритетом науки і держави. Суттєво здешевити сучасні технології отримання етанолу може впровадження оригінальної розробки Інституту біології клітини [9]. Відомо, що витрати на дисти- ляцію етанолу з ферментаційної рідини становлять більше ніж 60% усіх енергови- трат процесу його виробництва, крім того, цей процес відзначається циклічністю: піс- ля накопичення більше ніж 10% етанолу у ферментаційній рідині його необхідно зу- пиняти (така концентрація етанолу токсич- на для дріжджів), видаляти утворений ета- нол і знову запускати процес. Співробітники зазначеного інституту впер ше запропонували здійснювати фер- ментацію за допомогою традиційної куль- тури пекарських (спиртових) дріжджів і спеціально отриманих в установі мутант- них штамів метилотрофних дріжджів, здат- них накопичувати у ферментаційній рідині замість етанолу оцтовий альдегід. Він ви- паровується спонтанно при кімнатній тем- пературі без будь-якої перегонки (тобто при цьому відсутні витрати на дистиляцію і зупинки процесу). Його каталітично, без підвищення температури, можна перероби- ти на етанол. Зазначені штами були створенні в ході досліджень можливостей ферментації рос- линних відходів. Ураховуючи відносно ви- соку собівартість етанолу, науковці світу по- 11 У США та Бельгії вже використовують біопаливо Е-85, у складі якого частка бензину становить лише 15%. 28 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 над два десятиріччя працюють над пробле- мою зменшення витрат на сировину для нього, використовуючи поновлювальні від- ходи сільського, лісового, деревообробного, целюлозно-паперового, комунального гос- подарств — залишки рільництва, солому, стебла соняшнику та кукурудзи, качани ку- курудзи, шкаралупу насіння, цілісні росли- ни, побутове сміття тощо. Їхня суха маса складається з лігноцелюлози 12, зі складу якої можна гідролізувати целюлозу і геміце- люлозу на цукри, серед яких основними є глюкоза та ксилоза. На жаль, у природі поки що не виявлені дріжджі, які б відповідали критеріям виробничої ферментації лігноце- люлози — стійкість до утворюваного етано- лу і токсичних продуктів гідролізу, термото- лерантність, мінімальне утворення токсич- них речовин, непатогенність, мінімальні по- живні потреби тощо. І тільки нашим ученим уперше в світі за допомогою генно-ін же- нерних методів вдалося ввести до дріжджів Hansenula polimorfa13 бактерійну (E. Coli14) ксилоізомеразу, яка сприяє гідролізу ксило- зи, і таким чином отримати унікальні штами зазначених дріжджів, здатних ферментува- ти ксилозу в необхідній кіль кості. Крім того, максимальна температура ферментації в Hansenula polimorfa (48 °С) дозволяє прово- дити одночасно процеси цукрування і фер- ментації глюкози та ксилози, оскільки вона оптимальна і для дії целюлаз та гемоцелю- лаз (це теж зменшує витрати). На думку вітчизняних науковців, у май- бутньому можна буде сконструювати ще ефективніші штами. За умов подальшого пріоритетного розвитку цих робіт Україна зможе одержати власну високу технологію виробництва етанолу. Це свідчить про те, що наші біологи займають провідні позиції в справі створення нової економічно при- йнятної технології отримання етанолу. Загальні положення щодо розв’язання проблем налагодження в Україні широко- масштабного виробництва автомобільного біопалива в цілому висвітлені в законах України «Про альтернативні види рідкого та газового палива», «Про заходи щодо роз- витку виробництва палива з біологічної си- ровини» та інших нормативних докумен- тах. Водночас залишається низка конкрет- них невирішених питань — аналіз найкра- щих світових практик виробництва біопа- лива, перспективи їхнього застосування в Україні, визначення вітчизняних законо- давчих, інституційних, регуляторних та еко- номічних питань виробництва біопалива, проведення необхідних наукових дослі- джень з метою отримання, транспортуван- ня і зберігання рослинної сировини, зокре- ма рослинних відходів, та біопалива, ма- теріально-технічне забезпечення безпосе- реднього виробництва біопалива із засто- суванням мікробіологічних і хімічних тех- нологій, економічно виправдане розміщен- ня відповідної промислової інфраструкту- ри, соціально-економічні й екологічні роз- рахунки, маркетинг тощо. Науково-методичне обґрунтування за- значених проблем в Україні можуть здій- снити Інститут економіки та прогнозуван- ня НАН України 15, Рада з питань вивчення продуктивних сил України із залученням 12 Лігноцелюлоза — скорочена назва трьох типів біо- полімерів: целюлози, геміцелюлози (полімер глю- кози) і лігніну (полімер ароматичних спиртів). 13 Наші вчені з’ясували, що цей штам є найбільш ак- тивним серед інших дріжджів продуцентів етанолу з ксилози. 14 Бактерія E. coli — зручний об’єкт для поліпшення властивостей дріжджів. 15 Розрахунки вчених Інституту економіки та прогно- зування НАН України щодо можливостей України вирощувати сировину для біодизелю свідчать, що в разі, коли від третини до половини попиту на біо- сировину в Європі буде задовільнятися за рахунок українського земельного потенціалу, відбудеться вагоме скорочення традиційного аграрного вироб- ництва. Це неприпустимо з позицій продовольчої безпеки України, особливо в період зростання по- питу на зернові ресурси харчового призначення. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 29 профільних установ НАН України, УААН та галузевих міністерств і відомств, а також вищих навчальних закладів. Це може істот- но підвищити економічну ефективність бі- оенергетики. Оцінюючи в цілому роботи вчених НАН України з проблем біопалива, слід визнати, що їхні здобутки створили вагоме наукове підґрунтя для оперативного налагодження виробництва автомобільного біопалива в Україні на основі сучасних наукових досяг- нень і вітчизняних (що дуже важливо в умовах дії положень стосовно захисту інте- лектуальної власності) технологій. Поступ цивілізації завжди був пов’язаний із розвитком енергетики, і саме тому чи не на найпершому місці діяльності держави є опікування станом джерел енергії з ураху- ванням неминучого подальшого зростання енерговитрат. Розраховувати ж лише на приватний капітал в умовах України поки що зарано. Таку ж позицію висловлювали й учасники VII Міжнародної конференції з відновлюваної енергетики XXI століття [10]. Наявний вітчизняний досвід свідчить, що приватизовані галузі промисловості не зацікавлені в нових наукових розробках (особливо тих, що потребують технологіч- ного оформлення) і не переобтяжують себе фінансуванням перспективних наукових досліджень через певну короткозорість у питаннях подальшого ефективного розви- тку тієї чи іншої галузі. Тому роль держави в цій важливій справі залишається ви зна- чаль ною. З огляду на багатопрофільність (сільське господарство, технічна мікробіологія, хі- мічні технології, інженерні питання, тран- спорт тощо) проблеми виробництва біопа- лива, відсутність у країні відповідних дер- жавних і комерційних структур необхідно створити спеціалізовану вертикально ін те- гро вану галузь (або підгалузь) економіки, яка була б здатна, враховуючи світовий до- свід та участь приватного бізнесу, організу- вати й забезпечити комплексне функціону- вання виробництва й споживання біопали- ва. Разом із тим прогресивні розробки віт- чизняних учених не мають широкого за- стосування, внаслідок чого сьогоднішнє виробництво біопалива в країні ґрунтує- ться на дещо застарілих і досить дорогих технологіях і не забезпечує ні його належ- ної вартості, ні кількості. На жаль, ситуа- цію не покращують чинні державні про- грами розвитку виробництва біопалива. Їх необхідно оперативно розширити, враху- вавши наукові здобутки в цій галузі укра- їнських учених. За цих умов вони будуть здатні забезпечити вітчизняним біопали- вом не тільки агросферу, але й економіку країни в цілому. Зважаючи на важливу роль етанолу в збільшенні обсягів виробництва біопали- ва, доцільно, зокрема, переглянути чинну програму «Етанол» (Постанова КМУ від 04.07.2000 № 1044). Вона була суто органі- заційною і не містила завдань щодо відпо- відних наукових досліджень. Її потрібно негайно узгодити з вимогами сьогодення і доповнити науково-технічними завдання- ми, особливо в частині оперативного впро- вадження розробленої нашими вченими нової економічно обґрунтованої комплекс- ної технології отримання етанолу з кукуру- дзи з ефективним використанням згаданих вище наукових розробок, які її здешевлю- ють, а також розроблення принципово но- вих високих технологій отримання етанолу з відходів рослинної біомаси, що містить лігноцелюлозу. Поки що НАН України та УААН лише на основі власних (вкрай обмежених) резер- вів сформували у 2007 р. відповідні програ- ми з розвитку вітчизняної біоенергетики. Вдалося об’єднати зусилля науковців для вирішення конкретних завдань виробни- цтва біопалива, сформувати відповідний інформаційний ресурс, що вже дало попе- 30 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 редні результати. Проте без додаткової фі- нансової підтримки цих програм швидко отримати нові й вагомі результати буде не- можливо. Інтереси нашої держави вимагають тер- мінового розв’язання питань організації широкомасштабного виробництва біопали- ва для того, щоб скоротити економічне від- ставання від розвинених держав світу і створити належні умови для якомога швид- шого входження України до їхньої когорти, забезпечивши суттєві прориви в передових ланках економіки. Якщо цього не зробити (і це слід чітко усвідомити), то кожен рік бездіяльності в цій справі обернеться кіль- кома додатковими роками зростання еко- номічного відставання нашої країни від пе- редових держав світу. У розв’язанні цих проблем аж ніяк не слід бути надміру короткозорим і жити по- няттями сьогодення, керуючись швидко- плинним політичним розкладом. Сьогодні необхідні далекосяжна мудрість й передба- чення об’єктивного перебігу подій у сус- пільстві, науці, імовірних екологічних кри- зах, тому потрібно всебічно сприяти опра- цюванню проблем біоенергетики в усіх формах її можливого існування, інакше наша країна може залишитися на узбіччі поступу в галузі енергетики майбутнього, в пошуках відновлення навколишнього се- редовища, а отже, не зможе бути справді розвиненою державою. На основі викладеного матеріалу можна зробити такі висновки: 1. Розв’язання проблем виробництва рід- кого біопалива в Україні є одним із най- важливіших чинників національної безпе- ки, оскільки зменшує залежність нашої країни від закордонних енергоносіїв, зокре- ма нафти. 2. Досягнення вчених НАН України в цій галузі створили вагомі об’єктивні пере- думови для організації в нашій країні ви- робництва рідкого біопалива за незначний проміжок часу і в достатній кількості для внутрішнього споживання та потреб екс- порту. 3. До сьогодні практичні здобутки нау- ковців не мають широкого застосування, їх недостатньо використовують, внаслідок чо- го вітчизняне виробництво біопалива не ґрунтується на новітніх технологіях і не за- безпечує його реальної вартості й кількості. 4. Назріла гостра потреба визначити на- укові та державні пріоритети, які б забез- печили надійний прорив у конкретних пе- редових ланках економіки і вже за кілька років дали вагомий результат. До таких напрямів доцільно, зокрема, віднести су- часні генетико-селекційні та біотехноло- гічні дослідження, дослідження альтерна- тивних від новлювальних джерел енергії, а також вивчення економіко-правових засад підвищення конкурентоспроможності віт- чизняної економіки. 5. Необхідно вдосконалити державну Програму розвитку виробництва дизельно- го біопалива, максимально врахувавши віт- чизняні наукові розробки і світові тенден- ції в цій галузі. 6. Доцільно переглянути чинну Програ- му «Етанол», доповнивши її завданнями щодо реалізації новітніх наукових досяг- нень, зокрема, з упровадження вітчизняної комплексної технології перероблення ку- курудзи, а також розроблення високих тех- нологій отримання етанолу з рослинних відходів, що містять промислово значущу кількість необхідної біомаси. 1. Гродзинський Д.М., Дембновецький О.Ф., Ру- дий Р.Б. Розв’язання проблем екологічної безпе- ки вченими Національної академії наук України // Проблеми науки. — 2001. — № 6. — С. 44—54. 2. Утеуш Ю.А. Рапс и сурепица в кормопроизвод- стве. — К.: Наукова думка, 1997. — 228 с. 3. Новые элементы биорегуляции для устойчиво- го развития в агроэкосистемах. Теоретические и прикладные аспекты, применение / Под ред. акад. НАН Украины В.П. Кухаря. — К.: Наукова думка, 2004. — 351 с. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2008, № 1 31 4. Пономаренко С.П. Регуляторы роста растений. — К.: Институт биоорганической химии и нефтехи- мии, 2003. — 319 с. 5. Полтавець Г. Академік Кухар: «Україна має по- спішати з розв’язанням проблеми альтернатив- ного палива…» // Дзеркало тижня. — 2007. — № 4 (633). — 3—9 лютого. 6. Стрелко В. Биодизель — актуальная идея столет- ней давности // Зеркало недели. — 2006. — № 2 (581). — 21 января. 7. Боровський В.Р., Циганков С.П., Новак А.Г. та ін. Перспективи розвитку виробництва біоетанолу // Відновлювальна енергетика. — 2007. — № 1. — С. 89—92. 8. Національна академія наук України — агропро- мисловому комплексу: інформаційне видання. — К.: НАН України, 1999. — С. 48—55. 9. Сибірний А. Біопаливний етанол з лігноцелюлози (рослинної біомаси): досягнення, проблеми, пер- спективи // Вісник Національної академії наук України. — 2006. — № 3. — С. 32—48. 10. Відновлювана енергетика XXI століття // Мате- ріали VII Міжнародної конференції (АР Крим, смт Миколаївка, 17—21 вересня 2007 р.). — АР Крим: Viva-принт. — 273 с. Д. Гродзинський, О. Дембновецький, О. Левчук ОБРІЇ ВІТЧИЗНЯНОЇ БІОЕНЕРГЕТИКИ Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива Р е з ю м е Енерговиробництво, засноване на використанні не- по новлюваної сировини — вугілля, нафти і газу, — за останні десятиліття зросло в такому обсязі, що стало очевидним швидке повне виснаження енергетичних ресурсів. Крім того, сформовані способи енергоспо- живання супроводжуються сильним забрудненням природного середовища. Тому сьогодні дедалі більше уваги приділяють пошуку альтернативних екологічно чистих і поновлюваних енергоресурсів. Одним із мож- ливих рішень проблеми енергетики є виробництво біопалива. У статті описано основні результати робіт учених НАН України з проблеми біопалива. Серед них особливо важливими є нові культури і сорти рослин, придатні для виробництва біоетанолу і дизельного біопалива. Одержано мутантні штами метилотрофних дріжджів, використання яких істотно розширює сиро- винну базу для виробництва біоетанолу. Запропонова- но нові поверхнево активні речовини для підвищення вмісту біоетанолу в пальному й екологічно безпечні високооктанові домішки. Сформульовано пропозиції щодо перегляду і вдосконалення програм розвитку ви- робництва біопалива в Україні. D.Grodzinsky, O.Dembnovetzky, O.Levchuk HORIZONS OF THE NATIONAL BIOENERGETICS Contribution of scientists of nas of Ukraine into the solution of the liquid biofuel production problem S u m m a r y Power industry based on traditional sources use – coal, oil and gas has been growing intensively during last dec- ades that it’s evident these resources will be exhausted completely. Furthermore contemporary power industry is very hazardous to environment. That’s why today more attention is paid to the problem of ecologically clean and renewable resources search. Biofuel is one of a series of alternative power industry solution. The main results of the investigations carried out by scientists of NAS of Ukraine are discussed in this article. The most important ones are new crops and species of cultured plants that can be used for bioethanol and diesel oil fuels manufacturing. Mutant forms of methyltrophic yeasts are deduced for an extending the base of bioethanol re- sources. New surface active compounds as well as high octane substances are proposed for an augmentation of ethanol concentration in biofuel. Suggestions on review and improvement of the programs of biofuels production development in Ukraine are formulated.

Обрії вітчизняної біоенергетики. Внесок учених НАН України в розв’язання проблем виробництва рідкого біопалива

Institution

Similar Items