Биореактор

Аннотация. Актуальной проблемой на сегодняшний день является нарастание угрозы возникновения экологической катастрофы, поэтому создание новых альтернативных видов энергии, таких как биомасса – одна из важнейших задач, стоящая перед множеством ученых.

Так, студентами Оренбургского государственного университета, участвующими в проекте «Приоритет 2030», найден один из возможных путей решения этой проблемы – разработка биореактора, реализация которой будет осуществляться на первом в стране степном карбоновом полигоне. Данный монопроект является крупномасштабным и позволит предоставить рабочие места специалистам в области экологии, биологии, химии.

Целью данной статьи является определение химических задач, которые помогут реализовать задуманный проект.

Ключевые слова: биореактор, проект, микроорганизмы, химия, природоподобные технологии, культуральная среда.

Для определения основных задач, выполняемых химиками в данном проекте, необходимо осветить вопрос, что же такое биореакторы и как они работают, а также определить область его применения. В настоящее время концентрация углекислого газа приводит к быстрому потеплению во всем мире, именно поэтому необходимо производить контроль образования парниковых газов. Для решения данной проблемы создаются степные карбоновые полигоны, которые минимизируют негативное воздействие CO2 на окружающую среду.

В процессе изготовления биореакторов применяют высоколегированные марки стали, такие как 15Х28, 12Х17 и другие железоуглеродистые сплавы с содержанием легирующих добавок (никель, хром, марганец, кремний, кобальт), а также титан.

На рисунке 1, представлена модель биореактора, которая представляет собой прибор для перемешивания культуральной среды в процессе синтеза, основанного на микробиологических процессах. Основным назначением реактора является создание идеальных условий для развития микроорганизмов, необходимых для последующей работы на карбоновых полигонах. На рисунке: А – с механическим перемешиванием; Б – барботажная колонна; В – с внутренней циркуляцией; Г – с внешней циркуляцией Примечание: стрелками показано направление потока культуральной среды.

Рисунок 1 – Схемы различных видов биореакторов (по Б. Глику, Дж. Пастернаку)[5]

Принцип работы биореактора представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Подготовка биореактора к работе

1) Для оптимальной работы необходимую биологическую культуру хранят в специальных условиях (при температуре застывания), которые можно рассматривать в качестве технических систем, предназначенных для преобразования необходимых материальных и энергетических потоков в процессе роста и размножения клеток;

2) При культивации пробу в лабораторных условиях активируют, наращивая ее до необходимого размера;

3) Для подготовки биореактора к работе его поверхность и составные части стерилизуют с помощью водяного пара и вентиляции;

4) Заключительный этап – инокуляция, в ходе которого биореактор обеспечивает оптимальные условия, питательную среду для активного размножения и роста культур.

Конечным продуктом этого микробиологического аэробного процесса является необходимое количество микроорганизмов и биомассы.

Например, цианобактерии являются одними из фотосинтезирующих микроорганизмов, получаемых в биореакторах. Они относятся к единственным бактериям, которые способны к оксигенному фотосинтезу и могу поглощать углекислый газ в два раза эффективнее, чем растения. Именно для этого, полученные