Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Wykorzystanie biotechnologii w energetyce

Biotechnologia jest jednym z najszybciej rozwijających się sektorów gospodarki, a w swoich  procesach wykorzystuje organizmy żywe, wirusy, a także ich części i produkty biologiczne, w celu tworzenia dóbr i usług. Jest to rodzaj technologii, w której uzyskuje się określony produkt dzięki wykorzystaniu materii ożywionej. Należy podkreślić, że procesy te zachodzą wyłącznie przy użyciu biokatalizatorów, a sama biotechnologia wykorzystuje procesy biologiczne na skalę przemysłową. 

 

 

Zastosowanie biotechnologii w różnych dziedzinach gospodarki i życia codziennego

Biotechnologia była stosowana już od dawna, np. w browarnictwie w procesach fermentacji. Przykładem jej aplikacji w życiu codziennym jest  chociażby opracowywanie metod otrzymywania surowców do produkcji żywności, leków czy też pasz dla zwierząt. Ważną funkcję pełni także w ochronie środowiska, medycynie oraz energetyce.

Biotechnologię można podzielić na technologie tradycyjne i nowoczesne. W metodach tradycyjnych, wykorzystywane są organizmy występujące powszechnie w przyrodzie, niemodyfikowane, a które pozyskuje się na drodze sztucznej selekcji (tzw. bioindykatory). Druga metoda, czyli technologia nowoczesna, wykorzystuje biokatalizatory i enzymy modyfikowane w oparciu np. o techniki inżynierii genetycznej czy biologii molekularnej. Dzięki takiej modyfikacji produkty końcowe odznaczają się określonymi właściwościami, a ich parametry fizykochemiczne mogą być znacznie ulepszone. Do głównych cech biotechnologii można zaliczyć m.in.: innowacyjność, wszechstronność oraz szybki rozwój.

Biotechnologia, podobnie jak wodór w energetyce, dzieli się na kolory: zielony, czerwony, biały, niebieski i fioletowy. W tym artykule uwagę skupiono jednak przede wszystkim na odmianie białej, która dotyczy bezpośrednio procesów związanych z energetyką i ograniczeniem odpadów, a także zielonej, która skupia się przede wszystkim na rolnictwie, ale i na roślinach energetycznych, które mogłyby w przyszłości służyć jako biopaliwa np. soi czy rzepaku.

Biogospodarka

Biogospodarka (nazywana także bioekonomią) według Komisji Europejskiej „obejmuje produkcję odnawialnych zasobów biologicznych oraz przekształcenie ich”. Definicja uwzględnia także odpady powstające w wyniku przetwarzania tychże zasobów w produkty o tzw. wartości dodanej, jak np. bioenergia czy żywność. Biogospodarka stanowi odpowiedź na zmieniające się regulacje względem poprawy warunków klimatycznych, a także pomaga w budowaniu świadomej, bardziej ekologicznej gospodarki. Z pojęciem tym bezpośrednio wiąże się zrównoważony rozwój, czyli koncepcja, która zakłada, że potrzeby obecnego pokolenia są zaspakajane w sposób, który nie umniejsza szans na ich zaspokojenie przyszłym pokoleniom. W związku z tym pojawia się szereg wyzwań związanych ze świadomym zarządzaniem zasobami naturalnymi, produkcją dóbr i usług oraz konsumpcjonizmem.

Celem biogospodarki jest także poprawa zdrowia i ogólnie rozwój gospodarczy. Najistotniejsze jednak wydaje się wspólne pogodzenie tego rozwoju z funkcjonowaniem środowiska naturalnego tak, aby nie wpływał na niego w negatywny sposób. W związku z tym niezbędna jest współpraca ludzi z różnych sektorów gospodarczych, m.in. rolnictwa, nauki, przemysłu spożywczego czy farmaceutycznego. Ponadto dzięki popularyzacji nauki i kierunkom biotechnologicznym jesteśmy w stanie wykształcić przyszłe pokolenia, które spojrzą na problemy klimatyczne z szerszej perspektywy. Mało tego, bioekonomia może być także definiowana jako „gospodarka wykorzystująca biotechnologię w celu pozyskiwania surowców, energii, materiałów, czy żywności”.

Kolejnym ważnym pojęciem jest gospodarka o obiegu zamkniętym. Obecnie w wielu krajach panuje model gospodarki liniowej, która zakłada rosnące wydobycie zasobów naturalnych, a produkty z nich pozyskiwane są wykorzystywane do momentu utylizacji. Ponadto produkty te nie są poddawane metodom recyklingu i ponownie odzyskiwane. W związku z tym, aby pozbyć się tego problemu, który zakłada jednorazowe użycie danego produktu, wprowadzono model gospodarki o obiegu zamkniętym. Model ten (według definicji Parlamentu Europejskiego) polega m.in. na ponownym użyciu, naprawie i recyklingu danych produktów i materiałów tak długo, jak to możliwe. Dzięki takiemu założeniu wiele firm wprowadza tego typu rozwiązania już na etapie planowania produkcji surowca, jednak wciąż pozostaje w tej kwestii wiele do zrobienia. Należy także wspomnieć o odpowiedzialnej biogospodarce, w której niezbędne ogniwo stanowią ludzie – obywatele, ludzie nauki oraz świadomi politycy.

Biopaliwa, biogaz i biomasa

Ze względu na rosnące zapotrzebowanie na energię odnawialną coraz częściej mówi się o paliwach alternatywnych, które mogłyby zastąpić konwencjonalne źródła energii. W osiągnięciu tego typu rozwiązań, celów Polityki Energetycznej Polski i nie tylko, pomagają tzw. technologie wspomagające. Zaliczyć można do nich m.in.: nanotechnologię, fotonikę, a także biotechnologię przemysłową. Dzięki takiemu połączeniu możliwe jest tworzenie zaawansowanych materiałów, które zapewniają efektywność, a także budują stabilność, niezawodność i bezpieczeństwo energetyczne. W celu rozwoju technologii wspomagających potrzebne są takie elementy, jak: intensywność badań i rozwoju, nakłady inwestycyjne, a także wysoko wykwalifikowani pracownicy. Jednym z rozwiązań, które pozwalają na rozwój energii odnawialnych przy jak najmniejszym obciążeniu środowiska, są biopaliwa. Ogólnie, można je podzielić na trzy generacje:

  • Do pierwszej generacji zaliczają się biopaliwa wykorzystujące surowce spożywcze, jak bioetanol (produkowany np. z lignocelulozy), biodiesel czy surowce roślinne, m.in. kukurydza, buraki cukrowe czy ziemniaki.  Do tej grupy przypisać można także biogaz, który jest mieszaniną gazów, powstających w wyniku beztlenowej fermentacji, czyli rozkładu materii organicznej.
  • Druga generacja biopaliw obejmuje produkty pochodzące z przetwarzania biomasy, jak np. biometanol, bioetanol, syntetyczne biopaliwa czy dimetylofuran. Warto zatem w tym miejscu wspomnieć o paliwach syntetycznych (nazywanych także e-paliwami), czyli paliwach otrzymywanych na drodze różnych procesów chemicznych mających stanowić alternatywę dla paliw konwencjonalnych, np. benzyny. Paliwa te mogą być wytwarzane z gazu ziemnego, węgla czy biomasy, jednak pozbawione są siarki. Podczas ich otrzymywania powstaje oczywiście dwutlenek węgla, jednak jest to ilość porównywana z ilością wydobywania się tego gazu w silniku spalinowym. Szczególną uwagę badaczy przyciąga tzw. technologia BTL (z ang. Biomass to liquid), czyli paliwa otrzymywane z biomasy. Biomasą nazywamy z kolei materiał pochodzenia roślinnego, odpadów roślinnych bądź zwierzęcych, która może być wykorzystywana do produkcji paliwa.
  • Do ostatniej już, trzeciej generacji biopaliw, zaliczyć można surowce pochodzące z roślin o wysokiej wydajności, jak np. algi

Biopaliwa na bazie mikroalg są rozważane w kontekście zrównoważonych źródeł energii. Ze względu na wysoką efektywność fotosyntezy i wykorzystanie wody do produkcji biomasy paliwa te stanowią bardziej ekologiczną alternatywę dla obecnych paliw kopalnych, głównie ze względu na zmniejszoną emisję CO2. Z uwagi jednak na wykorzystanie do produkcji biopaliw surowców żywnościowych powstaje wiele dylematów gospodarczo-społecznych np., czy jest to dobry pomysł w obliczu rosnącego kryzysu żywnościowego? W związku z tym obecna branża biopaliw dąży raczej do opracowania i wykorzystania trzeciej generacji paliw. Należy także brać pod uwagę ich cenę. Na ten moment jest ona wyższa w porównaniu do paliw konwencjonalnych. Dlatego dopóki surowce kopalne będą stosunkowo niedrogie, alternatywy oparte na zasobach odnawialnych nie mogą się sprawdzić. Wyjątek stanowią pozostałości i odpady, które w niektórych przypadkach można uzyskać nawet bezpłatnie. Obecnie propaguje się wprowadzanie nowych technologii pozwalających na efektywne wykorzystanie tego typu surowców. Na przykład wykorzystanie resztek drewna, części roślin, tłuszczu odpadowego i surowej gliceryny to ogromny potencjał. Nadzieję można także upatrywać w rosnących cenach paliw kopalnych pochodzących z węgla.

Inne zastosowania

Oprócz wyżej wymienionych zastosowań biotechnologia jest istotnym czynnikiem w walce z kryzysem żywnościowym i nie tylko. Może ona bowiem dostarczać bioenergię, biomateriały i właśnie żywność, dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii. Należy także wziąć pod uwagę wykorzystanie tej dziedziny nauki w przemyśle przetwórczym. Coraz więcej badań skupia się np. na ograniczeniu użycia plastiku bądź też poprawie jego właściwości za pomocą biokomponentów. Dzięki takiemu rozwiązaniu plastik może stać się w pełni biodegradowalny.

Innym zastosowaniem biotechnologii, a konkretniej mikroorganizmów, są mikrobiologiczne ogniwa paliwowe, wykorzystywane potencjalnie jako alternatywny napęd w samochodach. Są to urządzenia, które wytwarzają energię elektryczną w wyniku przekształcenia substancji organicznych zawartych np. w ściekach, dzięki mikroorganizmom. Jako źródło energii można również wykorzystać biomasę, kompost czy odpady, których nie trzeba wcześniej oczyszczać. Paliwem może być w tym przypadku np. bioetanol. Co ciekawe, są one w stanie wytworzyć dużą ilość energii w stosunkowo małym rozmiarowo ogniwie, jednak problem może stanowić wyizolowanie poszczególnych mikroorganizmów. Dzięki specjalnie zaprojektowanej membranie protonowoprzewodzącej w ogniwie panują warunki beztlenowe, które stanowią idealne środowisko dla mikroorganizmów. Sama energia elektryczna powstaje dzięki transportowi elektronów wytwarzanych przez mikroby do elektrody. Kwestie, które wciąż pozostają do rozważenia jeśli chodzi o ten rodzaj ogniw, to np. poszukiwanie wydajnych i stosunkowo tanich biokatalizatorów, uzyskanie wysokiej sprawności i czasu życia ogniwa czy też poszukiwanie odpowiednich kolonii mikroorganizmów. Ogniwa paliwowe to jednak nie jedyny sposób produkcji wodoru. Ostatnie badania skupiają się np. wokół wykorzystania cyjanobakterii w otrzymywaniu tego rodzaju paliwa. W bakteriach tych wodór może być wytwarzany w wyniku działania enzymu hydrogenazy. 

 

Podsumowanie

 

Zastosowanie biotechnologii w różnych sektorach przemysłu niezmiennie prowadzi do korzyści ekonomicznych i środowiskowych, w tym tańszego przetwarzania, lepszej jakości produktów, całkowicie nowych produktów i względnego przetwarzania zrównoważonego pod względem środowiskowym. Bez wątpienia biotechnologia ma na celu przekształcenie produkcji przemysłowej w produkcję bardziej kompatybilną ze środowiskiem naturalnym. Jest to prężnie rozwijająca się dziedzina, a w związku z poszukiwaniami nowych rozwiązań działających na rzecz klimatu, społeczeństwa i energetyki będzie zdecydowanie coraz bardziej popularna. Jedną z ważniejszych kwestii jest popularyzacja tej gałęzi nauki w połączeniu z innymi dziedzinami, takimi jak np. chemia, rolnictwo, medycyna, co umożliwi rozwój w niemal każdym aspekcie naszego życia.

Źródła

Fot. https://unsplash.com/photos/blue-and-white-round-logo-gxIg8FcDIC8

  1. BIOTECHNOLOGIA. Definicja pojęcia - biotechnologia (ekologia.pl) .
  2. Renewable Energy - Resources, Challenges and Applications http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.81765,  Edited by Mansour Al Qubeissi, Ahmad El-kharouf and Hakan Serhad Soyhan, 2020 r.
  3. Czym jest gospodarka liniowa | Gospodarka Finanse (economiafinanzas.com)
  4. Ekonomia liniowa: czym jest i dlaczego konieczna jest zmiana (renatureinc.com)
  5. Gospodarka o obiegu zamkniętym: definicja, znaczenie i korzyści (wideo) | Aktualności | Parlament Europejski (europa.eu).
  6. Tomasz Twardowski, Ewa Woźniak, Bioekonomia wokół nas, NAUKA 3/2016, 147-160.
  7. Naukowcy stworzyli „bio-plastik”. W pełni biodegradowalny w ciągu godzin, National Geographic (national-geographic.pl)
  8. Paliwo syntetyczne – co to jest e-paliwo, ile kosztuje? | Autobaza
  9. Dawid Berny, Dorota Wandzich, Grażyna Płaza, Wyzwania dla sektora biopaliw w świetle rozwijającej się biogospodarki, Zeszyty naukowe Politechniki Śląskiej, 2015 r.
  10. Maria Gavrilescu, Yusuf Chisti, Biotechnology - a sustainable alternative for chemical industry, Biotechnology Advances 23, Volume 23, Issues 7–8, s. 471-499, 2005 r., https://doi.org/1016/j.biotechadv.2005.03.004.
  11. Th. Wilke, K.-D. Vorlop, Industrial bioconversion of renewable resources as an alternative to conventional chemistry, Applied Microbiology and Biotechnology, 66, s. 131-142, 2004 r.
  12. Om V. Singh · Anuj K. Chandel Editors, Sustainable Biotechnology, Enzymatic Resources of Renewable Energy, Springer International Publishing AG 2018 (Vishal Sharma, Bilqeesa Bhat, Mahak Gupta, Surbhi Vaid, Shikha Sharma, Parushi Nargotra, Satbir Singh and Bijender Kumar Bajaj, Chapter 2 - Role of Systematic Biology in Biorefining of Lignocellulosic Residues for Biofuels and Chemicals Production)
  13. Paweł Bartoszczuk, Perspektywy rozwoju biogospodarki, ZS WSH Zarządzanie, s. 357-364, 2014 r.
  14. Christian Wilhelm and Torsten Jakob, From photons to biomass and biofuels: evaluation of different strategies for the improvement of algal biotechnology based on comparative Energy balances, Applied Microbiology and Biotechnology, 92, s. 909-919, 2011 r.
  15. A. Hansel and P. Lindblad, Towards optimization of cyanobacteria as biotechnologically relevant producers of molecular hydrogen, a clean and renewable energy source, Applied Microbiology and Biotechnology, 50, s. 153-160, 1998 r.
KOMENTARZE
news

<Grudzień 2025>

pnwtśrczptsbnd
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
1
2
3
4
Newsletter