Біотехнології: пошуки у вирішенні глобальних проблем людства

Біотехнологія – один із важливих напрямів науково-технічного прогресу, що швидко розвивається. Біотехнології – це використання живих організмів і процесів у виробництві. Це – міждисциплінарна наука, що виникла на стику біологічних, хімічних і технічних наук. Їх технологія базується на промисловому застосуванні природних і цілеспрямовано створених живих систем (перш за все мікроорганізмів). З розвитком біотехнології пов’язують вирішення глобальних проблем людства, а саме : ліквідацію недостачі продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, поліпшення стані здоров’я і якості довкілля.

Виробництва, засновані на біологічних процесах, виникли уже на ранніх етапах історії людства (наприклад хлібопечення, виноробство,

сироваріння та ін.). З розвитком науки виникли нові галузі біотехнології, тісно пов’язані з мікробіологічною промисловістю.

Продукти біотехнології знайшли широке застосування в медицині, сільському господарстві. Після другої світової війни методами біотехнології стали отримувати кормовий білок, для виробництва якого використовують окремі фракції вуглеводнів нафти, відходи целюлозно-паперової промисловості, солому та ін. Поряд з кормовим білком значне місце в мікробіологічному виробництві займають такі продукти як вітаміни, амінокислоти добрива, біологічні засоби захисту рослин. Не всі пошуки були вдалими. Наприклад, перше виробництво білково-вітамінних концентратів (БВК) довелось припиняти, в тому числі і в Україні, бо воно супроводжувалося забрудненням довкілля синтезованими білковими речовинами, а вони є алергенами. Крім того, споживання м’яса тварин, яким згодовували БВК, супроводжувалося зниженням імунітету. Аналогічна невдача спіткала одну з найбільших американських компаній, яка вивела сорт соєвих бобів з підвищеним вмістом білка, скориставшись для цієї мети геном бразилського горіха. Новий продукт, випущений на ринок, викликав важку алергію у багатьох споживачів і сорт був знищений.

Бібліотека Конгресу США використовує таку класифікаціє для різноманітних форм діяльності у галузі біотехнології:

1) сільськогосподарська біотехнологія;

2) сільськогосподарська біоінженерія;

3) біотехнологія тварин;

4) біоінженерія;

5) біоетика;

6) трансплантація клітин;

7) клонування;

8) реконструювання та вивчення ДНК;

9) генна картографія;

10) генна інженерія;

11) біотехнологія морських організмів;

12) генна інженерія мікробів;

13) фармацевтична біотехнологія;

14) біотехнологія рослин;

15) протеїнова інженерія.

В промисловості за допомогою мікробних ферментів створюються повноцінні замінники цукру, налагоджено випуск глюкозо-фруктозного продукту з кукурудзи, солодких сиропів із деревини тощо.

Перспективним напрямом у розвитку сучасної біотехнології є інженерна ензимологія, важливим досягненням якої є створення іммобілізованих (зв’язаних з полімерним носієм) ферментів і ферментних комплексів. Ці речовини застосовуються для здійснення складних хімічних процесів, в т.ч. для перероблення сільськогосподарських, харчових і побутових відходів

Широке застосування біопрепарати знаходять в різних галузях промисловості (для отримання харчового білку); в легкій промисловості (шкіряне виробництво); в металургії (процеси флотації, точне лиття), в нафтогазовій промисловості (процеси буріння, селективна очистка олив) та ін.

Японська компанія NEC розробила новий вид пластмаси рослинного походження, якому притаманна теплопровідність. Крім того, очікується, що новий матеріал буде використовуватись в невеликих електронних приладах, в тому числі в ноутбуках та мобільних телефонах, щоб розсіювати тепло всередині. Новий вид пластмас виготовлено із кукурудзи і скріплюється невеликими вугільними волокнами, що надає йому здатності передавати тепло.

Група японських вчених із лабораторії прикладної фізики Сюдзі Хасімото при університеті Васеда презентували хімічний гель, який здатний самостійно пересуватися подібно до гусениць. Речовина рухається без електронної стимуляції. Можливо, в майбутньому вона зможе повністю витіснити електронні механізми. Новий матеріал на 95% складається із води і зможе замінити деякі види пластмас. Розраховують на широке застосування як матеріалу для склеювання при операціях та лікуванні травм.

Вчені бразильського університету знайшли спосіб виробляти наноцеллюлозу із ананасів, бананів, скорлупи кокосів тощо. Із одного кілограму наноцеллюлози можна отримати 100 кілограмів пластику, який після експлуатації буде легко розкладатися довкіллям. Перевагою такого пластику є низька вага і при використанні в автомобілях дозволить зменшити витрати палива.

Біоенергетика – один із напрямів біотехнологій і перспективний напрям вирішення енергетичних і сировинних проблем, які постали перед людством в кінці ХХ століття. Вона ставить своїм завданням отримання відновлюваних (на відміну від не відновлюваних – вугілля, нафта, газ, уран та ін.) джерел енергії і сировини. В цьому розумінні передбачається широке використання методів хімічної і біологічної трансформації біомаси в паливо і продукти органічного синтезу, а також застосування біологічних генераторів струму

Найбільш ефективні з відомих методів – використання фототрофних мікроорганізмів, що конвертують сонячне випромінювання в енергію хімічних зв’язків, біотоліз води з отриманням водню, метанове бродіння органічних речовин в метан та ін. В якості сировини для метанового бродіння використовуються органічні відходи тваринництва, птахівництва, промислові і комунальні стічні води та ін.

За рахунок інвестицій Євросоюзу і коштів україно-бельгійського спільного підприємства планується засіяти просом 260 тисяч гектарів Чорнобильської зони (близько 45 % зони відчуження) і виробляти з нього біопаливо, спалювання якого може замінити мільярд кубометрів природного газу.

Контрольні запитання

1. Чи може бути впровадження очисних споруд основним заходом у стратегії природокористування та охорони довкілля?

2. Назвіть проблеми, які постали перед підприємцями з упровадженням очисних систем.

3. Що таке безвідходні технології? Які основні напрями їх впровадження у практику господарства?

4. У чому полягають переваги ресурсозбереження?

5. Які види вторинних ресурсів використовуються в Україні та в зарубіжних країнах?

6. Які резерви є в Україні для використання відходів виробництва?

7. Що таке водооборотні системи? Чому вони – один із найважливіших напрямів економії ресурсів водних ресурсів у промисловості?

8. У чому полягає суть енергозбереження як важливого напряму НТП?

9. Яка специфіка впровадження енергозбереження в Україні?

10. Що таке біотехнології? Наведіть приклади їх використання у різних галузях і сферах економіки.

Проблемні лекції

1. Безвідходні технології як основний напрям НТП.

2. Принципово нові технології, ефективність та проблеми їх впровадження в Україні.

Міні- лекції

1.Водообротні системи як один із основних напрямів раціонального використання води в промисловості.

2. Біотехнології: пошуки нових вирішень проблем людства

Творчі завдання:

Підготуйте короткі доповіді на тему:

1. НТП та головні складові його впливу на довкілля;

2. Еколого-економічні проблеми впровадження очисних споруд;

3. Безвідходні технології та основні напрями їх впровадження;

4. Основні положення, які покладено в концепцію безвідходних технологій;

5. Комплексне використання сировини як напрям впровадження безвідходних технологій;

6. Ресурсозбереження: суть та основні напрями впровадження

7. Енергозбереження та основні напрями його впровадження

8. Використання вторинних ресурсів як напрям НТП;

9. Необхідні умови використання вторинних ресурсів в Україні;

10. Досвід використання вторинних ресурсів в зарубіжних країнах;

11. Біотехнології , їх види та можливості розвитку.

12. Провести аналіз можливостей впровадження безвідходних технологій в Україні. З’ясувати причини, які гальмують більш широке впровадження ресурсо-та енергозбереження в Україні.

Тестові завдання:

1. Назвіть одну із проблем впровадження очисних споруд на підприємстві:

а) надзвичайно висока вартість впровадження;

б) замкненість систем очистки;

в) висока водоємкість;

г)висока енергоємність.

2. До однієї з переваг безвідходних технологій належать:

а) обов’язкове раціональне використання всіх компонентів сировини;

б) розробка і впровадження ефективних замінників дефіцитних матеріалів;

в) зменшення витрат енергії на одиницю продукції;

г) посилення антропогенного навантаження на довкілля.

3. Виберіть правильне визначення біотехнологій:

а) використання живих організмів у виробництві;

б) розробка принципово нових виробничих процесів;

в) найбільш повне використання всіх корисних компонентів сировини;

Навчальні завдання

1. Наведіть приклади та підготуйте презентацію про впровадження безвідходних технологій в Україні.

2. Наведіть приклади та підготуйте презентацію впровадження біотехнологій в Україні: а) в промисловості; б) в сільському господарстві; в) в медицині.

Термінологічний словник

Безвідходні технології – це такий спосіб виробництва продукції (процесс, підприємство,тощо) за якого найраціональніше і комплексно використовується сировина та енергія в циклі «сировинні ресурси – виробництво – споживання – вторинні ресурси» в такий спосіб, що будь-який вплив на довкілля не порушує його нормального функціонування.

Біотехнології – комплекс біологічних знань та і технічних засобів, що використовують з метою отримання продуктів життєдіяльності клітин.

Енергоємність продукції (національного доходу) – показник, що характеризує витрати енергії на одиницю продукції чи національного доходу.

Матеріаломісткість виробництва –показник, що характеризує розмір матеріальних затрат на одиницю продукції (роботи) у грошовому виразі.

Література

1. Дорогунцов С.І. Коценко К.Ф., Хвесик М.А. та ін. Екологія. Підручник для економічних вищих навчальних закладів і факультетів. К.:КНЕУ, 2005. -371 с.

2. Дубас Р.Г. Економіка природокористування. Навч. Посібн. Київ:КНТ, 2009. -448 с.

3. Екологічні основи природокористування: Навч. посібник./ Т.А.Сафранов. Львів:Новий Світ, 2006. – 248 с.

4. Лукьянчиков Н.Н., Потравный И.М. Экономика и организация природопользования.- М.:Тройка, - 456 с.

5. Мельник Л.Г. Экономика развития: Монография. – Сумы:ИТД «Университетская книга», 2006. – 662 с.

6. Папенов К.В. Экономика природопользования. Учебное пособие. – М.МАКС пресс, 2009. – 596 с.

7. Соколов В.И. Природопользование в США и Канаде: Экономические аспекты. –М.: Наука, 1990. – 160 с.

Завдання для організації самостійної (індивідуальної)
роботи студентів та методичні вказівки до їх виконання (практикум)