Використання мультисубстратних сумішей для біосинтезу метану адаптованим комплексом мікроорганізмів з отриманням органічного добрива

Abstract

Через нестабільність ринкових цін на традиційні вуглеводневі енергетичні ресурси та негативний вплив продуктів їх згоряння на навколишнє середовище останнім часом досить стрімко розвиваються технології, що передбачають використання, насамперед, відновлюваних джерел енергії. Одним із перспективних напрямків альтернативної енергетики є біоенергетика – галузь біотехнології, яка розглядає як джерело палива органічні речовини біомаси різного походження (переважно сільськогосподарські відходи). Серед основних переваг енергетичної біотехнології слід відзначити швидкість та відносну легкість відновлення енергетичного субстрату, а також той факт, що він не є чужинним для довкілля, тому навіть у випадку потрапляння до навколишнього середовища у кількостях, що перевищують допустимі, це не призведе до незворотних змін в екосистемі. Надлишок біомаси незабаром буде включений до біогеохімічних циклів, що є запорукою для мінімізації шкоди довкіллю. Процес біоконверсії метану з органічних сполук субстрату (вуглеводів, білків, нуклеїнових кислот, ліпідів, органічних кислот, спиртів), який відбувається у три етапи, називають метаногенезом. У цьому процесі приймає участь специфічна складна ферментна система бактерій, до складу якої входять коферменти: метанофуран, тетрагідро-метаноптерин, коферменти F420 та F430, кофермент М (КоМ), кофермент В. Використання способів переробки та утилізації відходів, що базуються на альтернативних біологічних методах рециклінгу органічних забруднювачів, не завжди дозволяє досягти очікуваного ефекту, зокрема на працюючих у закритому режимі штучно створених екосистемах зооферм. Концентрування на невеликій площі значної кількості відходів життєдіяльності (гною, посліду та стоків технологічних процесів тощо) утримуваної на об’єктах тваринницької галузі худоби, забруднює ґрунти, водойми та атмосферне повітря мікроорганізмами, пилом, шкідливими газами та іншими продуктами розпаду. Часто це є одним з основних чинників, які обмежують зростання потужностей підприємств тваринництва та АПК в цілому, стримуючи економічний розвиток районів, що спеціалізуються на аграрному виробництві. Вперше у регіоні було проведено дослідження з метою визначення найефективнішого способу переробки фітомаси міскантусу для виробництва в якості цільових продуктів метановмісної біогазової суміші та органо-мінерального добрива придатного до використання у сільському та лісовому господарстві. Запропоновано економічно та екологічно привабливий спосіб утилізації відходів фітота зоогенного походження, що дозволяє суттєво зменшити антропогенний тиск на довкілля.Due to the istabiity of market prices for traditional hydrocarbon energy resources and negative impact of their combustion products on the environment, recently quite rapidly develop technology that provide for, first of all, renewable energy sources. One of the promising areas of alternative energy is bioenergy is a branch of biotechnology that considers organic matter of biomass of various origins (mainly agricultural waste) as a fuel source. Among the main advantages of energy biotechnology, it should be noted the speed and relative ease of recovery of the energy substrate, as well as the fact that it is not alien to the environment, so, even if released in quantities exceeding the permissible ones, this will not lead to irreversible changes in the ecosystem. Excess biomass will quickly be incorporated into biogeochemical cycles, which is the key to minimizing environmental damage. The process of bioconversion of methane from organic substrate compounds (carbohydrates, proteins, nucleic acids, lipids, organic acids, alcohols), which in three stages, is called methanogenesis. This process involves a specific complex bacterial enzyme system, consisting of the following coenzymes: methanofuran, tetrahydro-methanopterin, coenzymes F420 and F430, coenzyme M (CoM), coenzyme B. Using of ways of processing and waste disposal, that based on alternative biological recycling methods of organic pollutants does not always allow to achieve the expected effect, in particular on artificially created ecosystems of animal farms working in a closed mode. Concentration on a small area of a significant amount of biowaste (manure, dung, process runoffs etc.) of the cattle kept in the facilities of live-stock industry, contaminates soils, water bodies and atmospheric air with microorganisms, dust, harmful gases and other decomposition products. Often, it is one of the main factors constrainting on the growth of livestock enterprises and agro-industrial complex (AIC) capacities in general, restraining the economic development of regions specializing in agricultural production. For the first time in the region, study was carried out in order to determine the most efficient way to process miskantus phytomass for the production as target products of methane-containing biogas mixture and organo-mineral fertilizer suitable for use in agriculture and forestry. An economically and ecologically attractive way of utilization of wastes of phyto- and zoogenic origin, which makes it possible significantly reduce anthropogenic pressure on the environment, has been proposed.