Технологии

Цель научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) в рамках проекта состоит в создании производства по переработке отходов древесины, в основном хвойных пород, в простые сахара (глюкозу, маннозу, ксилозу), лигнин и смолу, с последующим производством из них путём микробиологического синтеза широкого спектра коммерчески привлекательных продуктов (кормовых добавок, сырья для фармпромышленности, различных видов биотоплива и компонентов моторного топлива).

Проблема экономически эффективной утилизации техногенных отходов является общемировой. Решение этой проблемы связано с нахождением способов превращения этих отходов в востребованные рынком продукты с высокой добавленной стоимостью.

Основными условиями при разработке технологий переработки-утилизации отходов должны быть:

• технологическая гибкость процессов, которая бы позволяла достаточно быстро переходить на выпуск продуктов, которые наиболее востребованы рынком; иными словами это должен быть комплекс технологических процессов для выбранного вида сырья;
• технологический процесс должен быть организован таким образом, чтобы не допускать появления новых видов твердых отходов, жидких стоков (замкнутый цикл водоиспользования) или газовоздушных выбросов.

Инструменты, позволяющие успешно решить вопросы эффективной и экологически чистой утилизации отходов лесопереработки и отходов сельского хозяйства, которые составляют значительную часть в общем балансе, были получены только в последнем десятилетии.

Отходы лесопереработки и сельского хозяйства – это, в основном, смесь полимеров различных углеводов (преимущественно, глюкозы) и полимеров фенолов (лигнин), соотношение которых варьирует у различных деревьев и с/х растений. Таким образом, задача делится на две подзадачи:

1. превратить полимеры в мономеры – простые сахара;
2. синтезировать из полученных сахаров, с использованием различных микроорганизмов, продукты, наиболее востребованные рынком.

Существовавшие в ХХ веке технологии не комплексно решали проблему утилизации отходов лесопереработки, так как единственно доступным способом выделения простых сахаров из древесины был кислотный гидролиз, который создавал большие экологические проблемы, не устраненные до сих пор. Появление в 2000−х годах в промышленных количествах новых высокоактивных ферментов, деградирующих полисахариды до простых сахаров, позволяет заменить кислотный гидролиз на ферментативный, но только в том случае, если сырье – древесные отходы – будет соответствующим образом подготовлено к такому гидролизу. Большинство разработок в этой области связано с переработкой стеблей кукурузы, соломы злаковых, багасы, а также с переработкой мягких пород лиственных пород дерева, предварительно подвергающихся паровому взрыву. Практически отсутствуют разработки в области переработки отходов хвойных пород дерева, которые составляют львиную долю в отходах лесопереработки в России. Именно разработка технологии переработки отходов хвойной древесины позволит решить проблему утилизации техногенных отходов лесоперерабатывающей отрасли в целом.

Проводимые нами научные исследования направлены на решение задачи воссоздания гидролизной подотрасли промышленности на новом технологическом уровне, позволяющем организовать производство без жидких стоков, твёрдых отходов, газовоздушных выбросов пыли готовой продукции и снижения в 2–2,5 раза доли парникового газа – СО₂, повысить эффективность переработки используемого сырья за счёт практически полного перевода в растворимое состояние сахаров, содержащихся в древесине.

Для реализации результатов НИР проводятся ОКР по разработке новых типов технологического оборудования, часть опытных образцов которых прошла тестирование на опытной установке на ОАО «ВСКБТ» в августе-сентябре 2008 г. Новые типы оборудования предполагается использовать на следующих стадиях технологического процесса:

• размол и активация древесины до размера частиц 1−5 мкм производительностью 1−1,5 т/час;
• новый штамм гриба – продуцента комплекса ферментов для разных видов растительных отходов: лиственные породы дерева, хвойные, солома;
• новый тип аппарата для непрерывного сбраживания сахаров с периодическим удалением растворителей;
• новый тип ферментера для непрерывного культивирования дрожжей на послебутанольной барде;
• биофильтры для очистки воздуха производственных помещений от паров растворителей на 95−98%.