Львовские учёные создали технологию получения биотоплива из соломы и опилок

Учёные Института биологии клетки Национальной академии наук Украины во Львове разработали процесс получения биотоплива из сельскохозяйственных и древесных отходов, в частности из соломы и опилок.

Технология получения этанола из соломы

Сырьё сначала измельчается, после чего проходит предварительную обработку кислотами или щелочами при повышенной температуре и давлении. На этом этапе разрушаются сложные полисахариды, высвобождая целлюлозу и гемицеллюлозу.

Далее в реакцию вводятся грибные ферменты, которые гидролизуют целлюлозу и гемицеллюлозу до простых сахаров – глюкозы и ксилозы. Полученные моносахара затем ферментируются дрожжами, превращаясь в этанол.

Ключевым фактором экономической эффективности является способность дрожжей использовать ксилозу, которая составляет значительную часть гемицеллюлозы.

Улучшенные дрожжи Ogataea polymorpha

Для ферментации исследователи применяют дрожжи Ogataea polymorpha. В отличие от традиционных спиртовых штаммов, они способны перерабатывать ксилозу и выдерживают температурный диапазон 45‑48 °C, что позволяет совмещать гидролиз и ферментацию в едином процессе.

Исходные свойства этих дрожжей давали низкую продуктивность ксилозы. Учёные внесли несколько генетических изменений: добавили гены, отвечающие за ксилозную ферментацию, скорректировали регуляцию экспрессии и модифицировали глюкозный транспортер, чтобы он эффективно переносил ксилозу в клетку.

В результате получилась более чем тридцатикратная повышенная выработка этанола из ксилозы по сравнению с исходным штаммом.

Проблемы и перспективы промышленного внедрения

Несмотря на успех в лаборатории, технология пока далека от масштабного применения. Основные препятствия включают:

• Токсичные соединения, образующиеся при кислотной обработке соломы, подавляющие рост дрожжей.
• Необходимость разработки дешевых ферментов для гидролиза полисахаридов.
• Создание пилотных установок, способных интегрировать все этапы от подготовки сырья до дистилляции этанола.

По словам директора Института Константина Дмитрука, «для промышленного производства необходимо повысить устойчивость дрожжей к ингибиторам и оптимизировать экономическую модель, поскольку текущие затраты на предварительную обработку и ферменты превышают стоимость традиционных сырьевых баз, таких как сахарный тростник или кукуруза».

Тем не менее, использование непищевых материалов позволяет избежать конкуренции с продовольственным сектором, что является важным преимуществом в условиях ограниченных ресурсов.

В Украине уже введён стандарт топлива Е10, допускающий до 10 % биоэтанола, что создаёт рынок для новых биотопливных решений. По оценкам экспертов, дальнейшее развитие технологии может способствовать более широкому применению возобновляемого топлива в транспортном и энергетическом секторах.

Экологический и экономический контекст

Производство этанола из соломы и опилок позволяет использовать отходы, которые в противном случае сжигаются или захораниваются, тем самым снижая выбросы CO₂ и уменьшая нагрузку на свалки. По оценкам специалистов, каждый тонн соломы может обеспечить около 70 л биотоплива, что способствует диверсификации энергетического баланса страны.

С экономической точки зрения, хотя текущие затраты на ферменты и предварительную обработку выше, чем у традиционных источников, ожидается снижение стоимости за счёт масштабирования производства и разработки более эффективных биокатализаторов.

Дальнейшие исследования и планы

Команда Института планирует сосредоточиться на двух направлениях: повышение термостабильности дрожжей и создание биокаталитических систем, способных работать без дорогостоящих ферментов. Кроме того, рассматривается возможность использования других видов сельскохозяйственных остатков, таких как подсолнечник и рисовые отруби.

В ближайшие годы учёные намерены построить пилотный завод мощностью несколько тысяч тонн сырья в год, что позволит собрать данные о реальной энергоэффективности и экономической целесообразности проекта.