Біотехнологія виробництва бiоетанолу з крохмальовмісної сировини

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Біотехнологія виробництва бiоетанолу з крохмальовмісної сировини

Завдання

Найменування виробу, об'єкту або теми	Найменування документу	Фор-мат	Кільк. арк.	При- мітка
	Документи загальні
	Завдання на виконання ДП	А4	1
	Пояснювальна записка до ДП	А4
	Конструкторські документи
Бродильний чан	Кресленик загального виду	А1	1
Гідропневматична принципова	Схема загальна	А1	1
схема виробництва етилового
спирту з крохмальовмісної
сировини
План цеху з виробництва	Схема загальна	А1	1
етилового спирту з
крохмальомісної сировини
	Плакати
Біохімічна схема спиртового	Схема	А1	1
бродіння
та перелік шкідливих та	Біотехнологія виробництва спирту з крохмальовмісної сировини
небезпечних чинників при
виробництва етилового спирту

ВСТУП

біоетанол економічний продуцент паливо

В теперішній час у світі енергетичний баланс формується переважно на основі трьох невідновлюваних вуглеводневих джерел енергії - природного газу, нафти та вугілля.

Необхідність розв'язання глобальних проблем, пов'язаних з обмеженістю копалин запасів палива та забезпеченням екологічної безпеки, зумовила інтенсивний ріст використання відновлюваної енергетики, зокрема біоенергетики.

Зараз у світі відомо багато видів поновлюваних джерел енергії, таких як:

- біоконверсія, в ході якої рослини і мікроорганізми, наприклад морські водорості або анаеробні бактерії, конвертують сонячну енергію, утворюючи газ, який може використовуватися як паливо з дуже незначним негативним впливом на навколишнє середовище;

- власне біомаса, отримана з органічного речовини: відходів деревообробних виробництв, вторинних ресурсів АПК та інших органічних матеріалів, у випадку їх відповідної переробки також є важливим енергетичним джерелом. В якості біомаси можуть використовуватися стічні води, морські водорості, побутові та промислові відходи і т. п., енергія від яких може бути отримана хімічною переробкою. Тому біомаса часто згадується як поновлюване джерело енергії.

- сонячна енергія, отримана безпосередньо як енергія з високою температурою, не має негативного екологічного впливу. Застосування сонячних батарей є технологією, в якій енергія сонця перетвориться в електрику.

- геотермальна енергія є природно тепловою енергією глибоких шарів земної кори, що походять від природних пари, гарячої лави і природної радіоактивності гірських порід в корі Землі.

- енергія вітру використовується при перетворенні швидкості вітру в корисні форми енергії. Ця стара технологія використовувалася в вітряних млинах, а також для приведення в рух машин, виконання важкої фізичної роботи. Енергія вітру відноситься до поновлюваних джерел, вона екологічно чиста, не забруднює атмосфери, не створює парникового ефекту. Ця енергія може використовуватися як альтернативне джерело отримання електрики.

- газифікація вугілля є процесом перетворення вугілля в синтетичні газові або рідкі палива, які є більш екологічно прийнятними.

Один з відновлюваних джерел енергії - біологічні паливо - біоетанол, біогаз та біодизель. Біологічне паливо вважають нейтральним щодо емісії в атмосферу оксиду вуглецю. Діоксид вуглецю, що отримується при спалюванні біопалива, абсорбують самі рослини, які вирощують, щоб зробити біопалива.

Біоетанол - це етанол, отриманий під час бродіння цукру в матеріалах біомаси, таких як зерно кукурудзи та інші сільськогосподарські відходи. Його використовують у чистому вигляді, але частіше як добавку до бензину в двигунах внутрішнього згоряння.

Біогаз виробляють бактерії при анаеробному розкладанні органічної речовини в стічних водах і побутових відходу. Біогаз складається з комбінації метану і діоксиду вуглецю. Його використовують при отриманні гарячої води і електрики.

Біодизель - це розчинними мікроорганізмами паливо для транспортних засобів, отримане шляхом переетерифікації олій або жирів. Біодизель може бути використаний у чистому вигляді або як компонент дизельного палива в дизельних двигунах.

1. ТЕХНІКО-ЭКОНОМІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ВИРОБНИЦТВА БІОПАЛИВА

1.1 Класифікація біопалива

Біопаливо - це тверде, рідке або газоподібне паливо, що отримується з біомаси термохімічним або біологічним способом.

Це визначення лягає в основу найпоширенішою та найпростішою, для розуміння, класифікації біопаливних продуктів, а саме - поділу їх за агрегатним станом. Однак, це не єдина і не претендує на максимальну повноту опису властивостей і застосування різних видів біопалива, класифікація. Фахівці біопаливної галузі частіше оперують класифікаціями біопалива за поколінням або за способом їх виробництва.

Розглянемо більш детально кожну із згаданих вище класифікацій.

Класифікація видів біопалива за агрегатним станом.

Тверде біопаливо.

Найпоширеніший представник виду - дрова. Опустивши історію виникнення і еволюцію процесу спалювання деревини, відзначимо, що в даний час для виробництва дров або біомаси використовуються так звані енергетичні лісу. У їх складі включають швидкорослі породи деревини, чагарників і трав (верба, тополя, евкаліпт, акація, цукровий очерет, кукурудза та ін). Посадку проводять квадратно-гніздовим способом або в шаховому порядку. В міжряддях з дерев часто висаджують сільськогосподарські культури (так звані комбіновані посадки). Період ротації енергетичного лісу (від зрізання до зрізання) становить 4-6 років. Екологічні переваги енергетичної біомаси:

· попередження ерозії ґрунту;

· при спалюванні біомаси, в атмосферу виділяється тільки CO₂, поглинений при її зростанні.

Яскравим прикладом використання біомаси є електростанція, розташована в Зіммерінзі (Австрія). Її потужність - 66 МВт. Щорічне споживання біомаси - 190 тисяч тонн.

Іншим, поки трохи менше поширеним видом твердого біопалива, є деревні паливні гранули (ДГТ). Це паливний продукт, отриманий пресуванням деревних відходів (тирси, тріски, кора, некондиційної деревини та ін), соломи, відходів сільського господарства (гною, курячого посліду, лушпиння соняшника, горіхової шкаралупи,) та іншої біомаси.

ДГТ - екологічно чисте біопаливо, зольність якого не перевищує 3 %.

Спрощено, процес виробництва ДГТ (або, як їх ще називають, пелет) виглядає наступним чином. Біосировину надходить у дробарку, де подрібнюється до консистенції борошна. Дана борошно передається в сушарку, а вже з неї - у спеціальний прес-гранулятор. Стиснення під час пресування підвищує температуру борошна, при цьому лігнін, що міститься в деревині, стає клейким, що дозволяє отримувати на виході щільні циліндрики. Готові гранули охолоджують, пакують у стандартну упаковку або доставляють споживачеві розсипом. Найбільш поширене застосування пелет - опалення об'єктів індивідуального будівництва (приватні будинки, котеджі), а також невеликих виробничих приміщень. Найбільш динамічно розвивається ринок споживання пелет - країни Європейського Співтовариства. За різними оцінками, в деяких країнах Європи до 2/3 житлових приміщень опалюються за допомогою пелет. Також необхідно відзначити, що в США і європейських країнах діє ряд стандартів на паливні гранули. Ознайомитися з ними Ви можете в нашому розділі «Бібліотека».

Також, серед видів твердого біопалива необхідно згадати паливні брикети (висушені і брикетировані енергоносії біологічного походження, наприклад, гній) і біологічні відходи з мінімальним ступенем підготовки до спалювання (тирса, тріска, кора, лушпиння, солома, лушпиння й т. д.). В Європі паливні брикети, поряд з пелетами, використовують для опалення житлових і виробничих приміщень, а тріску в основному спалюють на великих теплоелектростанціях потужністю до декількох десятків мегават.

Рідке біопаливо.

Вельми і вельми перспективний клас біопалива, основне застосування якого - двигуни. Його отримують з найрізноманітніших рослин - від пшениці і цукрових буряків, до ріпаку та відходів деревообробки.

Рідке, або як його ще називають, біопаливо моторне - речовина, що отримується в процесі переробки рослинної сировини (кукурудзи, ріпаку, цукрових буряків, цукрової тростини), засобами технологій, в основі яких лежить використання природних біологічних процесів (наприклад, бродіння).

Біоетанол.

Велика частка світового виробництва рідкого (моторного) біопалива припадає на біоетанол (етанол, одержуваний з цукрової тростини, зерна та цукрових буряків, а також метилового ефіру ріпакової з насіння ріпаку). Причина популярності біоетанолу криється в економічній ефективності його виробництва, т. к. при врожайності насіння ріпаку 2-4 т/га з 1 гектара можна отримати 1-1,5 тонни біоетанолу та 2-2,5 тонни високоякісних рослинних кормів. Характеристики моторного палива, що отримується з рослин, близькі до показників дизельного палива. При цьому шкідливі викиди при використанні біодизельного палива істотно менше.

Виробництво біоетанолу у всьому світі становить близько 40 млрд літрів (на 2006). Найактивніший «гравець» на ринку виробництва біоетанолу - Бразилія (48,5% загального обсягу). Етанол в Бразилії виробляється з цукрової тростини. У грудні 2007 року MnCAR (Центр Автомобільних Досліджень Міннесоти) опублікував результати своїх досліджень по темі енергоефективності застосування біоетанолу в автомобільному транспорті. Найбільший інтерес дослідження представляє результат експлуатації звичайних автомобілів. Дослідженню піддалися суміші від 2 % до 85% вмісту етанолу в бензині. Для звичайних автомобілів з ДВС самою оптимальною виявилася суміш Е30 (30% етанолу і 70% бензину). На цій суміші споживання палива знизилася на 1% (трохи, але набагато важливіше екологічні показники) порівняно з бензином (октанове число-95). Однією з найважливіших характеристик біоетанолу є паливний баланс (співвідношення енергії виділяється паливом до енергетичним витратам на його виробництво). В даний час, найкращий результат становить 1,24 (енергія, отримана з етанолу, на 24% перевищує енергію, витрачену на його виробництво). Але це не рекорд. так, наприклад, у Бразилії, багато цукрового очерету знайшла застосування в якості палива для електростанцій. В цих умовах паливний баланс етанолу, досягає коефіцієнта 8 - дуже хороший результат! Паливний баланс бензину відчутно гірше - для його виробництва потрібна велика кількість енергії (розвідка нафти, її видобуток і транспортування, переробка та доставка). Екологічний ефект використання біоетанолу в якості палива - зниження викидів діоксиду вуглецю (т. зв. парниковий газ). Зрозуміло, скорочення його викиду залежить від багатьох факторів використовується рослинна сировина, кліматична зона, накладні витрати на вирощування, транспортування і переробку. Зниження викидів CO₂ при виробництві етанолу із зерна станом на 2008 р. в США становило в середньому 21%. Однак, при модернізації спиртового виробництва, що полягає в переведенні його на природний газ, можливе зниження викидів вуглекислого газу на 29-35%.

Біометанол - метанол, одержуваний за допомогою біологічного перетворення морського фітопланктону. Виробництво цього виду біопалива почало зароджуватися в кінці 70-х, початку 80-х років, коли кілька європейських країн об'єднали свої зусилля з розробки проекту промислового культивування та переробки біомаси фітопланктону. Проектом передбачалося створення промислових зон в тих, що стояли порожніми, на той момент, прибережних районах. Однак, розвитку той проект не отримав, чому великою мірою сприяло суттєве зниження світових цін на нафту. Пройшли десятиліття і фахівці і компанії, зайняті в біопаливної галузі, знову повернулися до питань культивування фітопланктону і виробництва метанолу. Зараз цей напрям виробництва біопалива вважається одним з найперспективніших, оскільки відрізняється від інших більш високої виробленням біомаси (до 110 т/га фітопланктону в рік), відсутністю серйозних вимог до виробничої майданчику (не потрібні родючі ґрунти і прісна вода, т. е. процес не створює конкуренції сільському господарству) і високим рівнем енерговіддачі (11-14 на стадії отримання метану і до 9 на стадії вироблення метанолу).

Також у світовій практиці газопостачання накопичено достатній досвід використання інших джерел сировини для одержання біогазу. Так наприклад:

- газ метантенків, який одержують на міських каналізаційних очисних спорудах (БГ КОС);

- біогаз, який одержують в біогазових установках (БГУ) при зброджуванні відходів сільськогосподарських виробництв (БГ СГП);

- газ звалищ, одержуваний на полігонах відходів, що містять органічні компоненти (БГ ТПВ).

Метатенкові і сільськогосподарські біогазові установки не мають принципових відмінностей, за винятком використовуваного субстрату. Під час зброджування в гної розвивається мікрофлора, яка послідовно руйнує органічні речовини до кислот, а останні під дією сінтрофних і метаноутворюючих бактерій перетворюються в газоподібні продукти - метан і вуглекислоту.

У метантенках забезпечуються всі необхідні параметри процесу-температура(33-37є С) , концентрація органічних речовин, кислотність (6,8-7,4) і ін. Ріст клітин метанового біоценозу також визначається співвідношенням C:N, і оптимальне його значення складає 30:1. Деякі речовини, що містяться у вихідному субстраті, можуть інгібувати метанове зброджування. Наприклад, курячий послід часто інгібує метанове зброджування надлишком NH₃.

Біогаз, одержуваний на полігонах ТПВ. Процес некерованого газоутворення на полігонах побутових та інших відходів, що містять велику частку органічних компонентів, можна розглядати як процес отримання метанвмісного газу в акумулятивної системі, тривалість процесу до повного розкладання органічної частини тут набагато більше, ніж у метатенках.

У вітчизняній практиці системи утилізації біогазу на полігонах ТПВ поки не отримали широкого розповсюдження, тому при подальшому розгляді конструктивних особливостей систем збору і транспорту біогазу буде враховуватися зарубіжний досвід.

Біодизель - вид біопалива, для виробництва якого використовуються жири рослинного, мікробного і тваринного походження (а також одержуваних з них ефірів). Сировиною для виробництва біодизелю може виступати пальмова, рапсова, соєва та інші олії, відходи харчової промисловості, а також морські водорості. Біодизель знаходить застосування в автомобільних двигунах, причому використовувати його можна як в чистому вигляді, так і у вигляді сумішей з традиційним дизельним паливом. Зазвичай такі суміші маркують, вказуючи процентний вміст біодизеля, так в США для позначення сумішей дизельного палива з біодизелем використовується літера B, після якої потрібно число, що означає процентне входження біодизеля (В2 - 2%, В100 - 100 %). Застосування таких сумішей не потребує внесення конструктивних змін в двигуни.

Екологічний ефект від використання біодизелю доведено досить давно і не піддається сумніву:

· попадання біодизеля у воду не заподіює шкоди тваринному і рослинному світу;

· в ґрунті і воді біодизель

Екологічний ефект від використання біодизелю доведено досить давно і не піддається сумніву:

· попадання біодизеля у воду не заподіює шкоди тваринному і рослинному світу;

· в ґрунті і воді біодизель практично повністю розпадається за 25-30 днів;

· при згорянні біодизеля виділяється точно такий же обсяг вуглекислого газу, який був спожитий рослинами, які є сировиною для його виробництва, за весь період життя;

· на відміну від класичного дизельного палива, біодизель майже не містить сірки.

З практико-технічних переваг біодизеля можна виділити наступні:

· отриманий в ході виробництва біодизеля макуху можна використовувати як корми для худоби, що дозволяє найбільш повно використовувати сировинну біомасу;

· виробництво біодизеля сприяє введення в обіг низькоякісних невикористовуваних сільськогосподарських земель;

· біодизель має виняткові мастильними характеристиками, незважаючи на значно менший вміст сірки, у той час як звичайне мінеральне дизельне паливо при виключенні зі складу сірчистих сполук втрачає мастильні здібності.

Це перевага біодизеля визначається його особливим хімічним складом і, зокрема, вмістом у ньому кисню. Результати різних незалежних досліджень впливу біологічного дизельного палива на двигуни показують, що при використанні біодизеля на серійних, не модернізованих двигунах, термін служби двигуна і паливного насоса збільшується в середньому не менш ніж на 50%.

Високі показники значення техніко-економічних показників біодизеля і його незаперечні екологічні переваги обумовлюють постійне зростання в різних країнах числа державних програм, спрямованих на збільшення обсягів виробництва і споживання біодизеля. Зрозуміло, виробництво і використання біодизелю має певну специфіку і недоліки.. Однак, загальносвітове виробництво біодизеля в останні роки тільки збільшується, що характеризує даний вид біопалива як один з найбільш затребуваних і перспективних

Газоподібне біопаливо

Газоподібне біопаливо (біогаз, біоводень) - продукт, одержуваний в результаті бродіння біомаси або використання інших термо - і біохімічних процесів, спрямованих на її переробку. Найбільш поширені вид газоподібного біопалива - біогаз, одним з різновидів якого є біоводень.

Біогаз - газ, що отримується в ході бродіння біомаси (відходів) за допомогою впливу різних видів бактерій. Сучасна технологія виробництва біогазу послідовно використовуються три види бактерій, кожен з яких харчується продуктами життєдіяльності попереднього гідролізні бактерії; кислотоутворюючі бактерії; метаноутворюючі бактерії.

Перелік сировини, придатного для отримання біогазу, досить широкий. В основному, це органічні відходи, такі як фекальні опади, гній, пташиний послід, пивна дробина, буряковий жом, трава, побутові відходи, а також відходи рибних та забійних виробництв (кров, кишки) і т. д. Крім того, біогаз можна виробляти з енергетичних культур - силосної, а також водоростей. Вихід газу може досягати до 350 м³ з 1 тонни відходів і залежить від, власне, виду сировини і застосовуваних технологій (з тонни гною великої рогатої худоби отримують до 70 м³ біогазу, до 400 м³ біогазу можна отримати з різних видів рослин, до 1400 м³ метану отримують з жиру - це своєрідний «біогазовий рекорд»).

Екологічний ефект від використання біогазу - незаперечний. Його виробництво запобігає викиди в атмосферу метану, що провокує розвиток парникового ефекту. Крім того, перероблений гній, барда та інші рослинні і органічні відходи знаходять застосування в сільському господарстві як добрив. Це знижує потребу в хімічних добривах, що зменшує забруднення ґрунтових вод. Практичне застосування біогазу можливо у всіх сферах, де використовується звичайний природний газ. Після збагачення (очищення) біогазу до стану біометану (повний аналог природного газу з концентрацією метану до 99%) газ може використовуватися як моторне паливо, подаватися в загальну систему газопостачання в трубопроводи середнього або низького тиску, використовуватися на технологічні потреби в якості повної заміни природного газу.

Класифікація видів біопалива за поколінням

Як вже говорилося вище, при класифікацію видів біопалива за поколінням і технологій виробництва, різні фахівці та інформаційні структури багато в чому оперують одними і тими ж вхідними даними, тому найбільш правильний підхід є об'єднання цих двох класифікацій.

Біопаливо першого покоління виробляється з будь-якого сільськогосподарського сировини допомогою застосування традиційних технологій (близькі до природних, біологічні та термохімічні процеси, такі як бродіння). Зараз, питання подальшого нарощування оборотів виробництва біопалива першого покоління викликає у всьому світі запеклі дискусії. До цього виду палива належать біоетанол (виробляється з цукрової тростини, кукурудзи, пшениці і т. д.) і біодизель (отримується з олійних культур - сої, ріпаку, пальми, соняшнику).

Очевидно, що для їх виробництва потрібно використання якісних орних земель, різноманітна важка сільськогосподарська техніка, а також добрива і пестициди. Ці факти роблять виробництво біопалива прямим конкурентом харчового сектора економіки країни-виробника. З урахуванням досягнення у 2010-2012 роках цінами на продовольство свого історичного максимуму, багато експертів вважають необхідним знижувати обсяги виробництва біопалива першого покоління. Але з іншої точки зору, зв'язок між зростанням цін на продовольство і виробництвом біопалива тут вельми сумнівний. Восени 2008 року, коли спостерігалося зниження цін на продовольство віце-президент Російської біопаливної асоціації Олексій Аблаєв в одній з своїх публікацій дав, на наш погляд, дуже вірну оцінку впливу виробництва біопалива на вартість продовольства: «Ціни на продовольство зараз різко падають разом з цінами на нафту. Причому виробництво біопалива в США і Європі аж ніяк не зменшилася, а збільшилася. Вина виробництва біопалива в зростанні цін - це великий міф, штучно підтримуваний нафтовою галуззю. На вартість продовольства впливають рівень цін на нафту, збільшується споживання з боку Індії і Китаю. А біопаливо - це третій, четвертий фактор, але ніяк не перший».

Біопалива другого покоління виготовляються з харчового сировини (відпрацьовані жири і рослинні масла, біомаса дерев і рослин). Технологічно виробництво біопалива другого покоління являє собою процес отримання палива допомогою переробки целюлози і лігніну, що містяться в деревної або волокнистої біомасі. Перевага такого біопалива другого покоління полягає в тому, що сировину, необхідну для виробництва (рослини) може вирощуватися на менш упорядкованих, порівняно з біопаливом першого покоління, землях. Для їх виробництва потрібно мінімум техніки, добрив і пестицидів. Основний недолік виробництва криється у властивостях самої сировини - лігноцеллюлоза деревини - складний полімерний вуглевод, що вимагає більшого числа хімічних перетворень і, відповідно, енергії для отримання з нього рідких палив. Умовна ефективність виробництва енергії з біомаси біопалив першого і другого поколінь однакова і становить приблизно 50%. З лігноцеллюлози рослин отримують два основних види палива: біоетанол і біонафта.

Біопалива третього покоління виробляється з водоростей. Перспективність цього напряму розвитку біопаливної галузі пов'язана зі специфікою складу водоростей. За характеристиками, які можуть зацікавити фахівців біопаливної галузі, вони значно переважають рослини, середовищем існування яких є суша. Якщо говорити спрощено - водорості «жирніше», так, наприклад, в штамі водоростей вміст жирів становить від 75 до 85% сухої ваги. При використанні жиру для виробництва біопалива - «чим більше жиру, тим більше вихід енергії». Додатковою перевагою водоростей є те, що з однієї технологічної площадки можна збирати до 35 врожаїв у рік. Також, досить цікавим моментом є той факт, що якщо розміщувати майданчики для культивування «біопаливних водоростей» нижче скиду тепла ТЕЦ, можна «покрити» до 77% потреб у теплі, необхідному для вирощування водоростей.

1.2 Перспективи використання біопалива

У 1903 році Генрі Форд сконструював автомобіль ModelT , що працював виключно на рослинному спирті, отриманому шляхом конверсії насіння конопель. Форд вважав, що “Етиловий спирт - паливо майбутнього”. Однак на той час значної популярності вже здобули нафтові палива, які були значно дешевшими, і про використання біопалив “забули” до часів ІІ Світової Війни (під час війни у Німеччині виробляли спиртове паливо з картоплі, після війни інтерес до розвитку біопаливної галузі знову зменшився).

Проте постійна нестача палив, виникнення проблем, пов'язаних з енергетичною залежністю, усвідомлення можливості швидкого вичерпання традиційних видів палив, змусила науковців та Уряди багатьох країн активізувати дослідження у сфері виробництва та використання біопалив.

У 2005 році Конгрес США видав Закон “Про Енергетичну політику” (EnergyPolicyAct 2005), який вимагав використання 4 млрд. галонів біопалива, починаючи з 2006 року. До 2012 року обсяг біопалива у складі звичайного палива згідно із Законом, мав зрости до 7,5 млрд. гал.

У 2005 році США стали найбільшим виробником біоетанолу у світі. Частка біоетанолу на ринку бензину в США зросла за обсягом з 1 % у 2000 році до більше ніж 3 % у 2006 році та до 10 % у 2011 році. Внутрішні виробничі потужності з 2000 року до 2012 збільшилися більше ніж у дев'ять разів, з 1,63 млрд. гал до 14,9 млрд. гал.

Що стосується Бразилії, у 1975 році указом Президента було прийнято Програму виробництва етанолу (Programa Nacional do Бlcool). Ця Програма зобов'язувала виробити 3,5 млрд. л біоетанолу з цукрової тростини до 1980 року. З 1976 року уряд Бразилії зобов'язав додавати біоетанол до бензину у межах від 10 до 22 %. У 1993 році обов'язковий вміст біоетанолу становив 22 %. У 2003 році було встановлено мінімальний та максимальний вміст: 20 % та 25 % відповідно. Загалом виробництво біоетанолу у Бразилії з 1975 року зросло у 49 разів. Бразилія є другим за величиною світовим виробником біоетанолу та найбільшим експортером цього палива у світі.

Світове виробництво паливного етанолу збільшилось втричі протягом 2000-2007 років з 17107 млн. л до 49550 млн. л. З 2000 року виробництво біоетанолу мало чітку тенденцію до збільшення, і лише у 2011 році зафіксовано слабке зниження обсягів виробництва. З 2007 по 2012 виробництво біоетанолу зросло ще на 71 % і становило 85088 млн. л.

У 2011 році США та Бразилія виробили 87,1% сукупного виробництва біоетанолу, яке склало 22,36 млн. гал. Причому США вдалося досягти абсолютного лідерства, виробивши 13,9 млн. гал. У Бразилії виробництво біоетанолу того ж року становило 5,6 млн. гал.

Згідно прогнозу Міжнародного Енергетичного Агентства прогнозований обсяг виробництва біоетанолу у світі у 2020 р. за оптимістичним прогнозом буде складати 281,5 млрд. л, за песимістичним - 187,5 млрд. літрів.

Етанол є менш «енергомісним» джерелом енергії чим бензин; пробіг машин що працюють на Е85 (суміш 85% етанолу та 15% бензину; буква «Е» від англійського Ethanol) на одиницю об'єму палива складає приблизно 75% від пробігу стандартних машин. Звичайні автомобільні ДВС не можуть працювати на Е85, хоча прекрасно працюють на Е10 (деякі стверджують що можна використовувати навіть Е15 і успішно використовується Е40). На «справжньому» етанолі можуть працювати тільки так звані машини «Flex-Fuel» (автомобіль з багатопаливним двигуном). Ці автомобілі також можуть працювати на звичайному бензині (невелика добавка етанолу все ж потрібно) або на довільній суміші того й іншого. Бразилія є лідером у виробництві та використанні біоетанолу з цукрового очерету в якості палива. Автозаправки в Бразилії пропонують на вибір або Е20 (іноді Е25) під виглядом звичайного бензину, або «acool» Е100, азеотроп етанолу (96% С₂Н₅ОН і 4% (по вазі) води). Користуючись тим, що етанол дешевший за бензин, недобросовісні заправники розбавляють Е20 азеотроп, так що його концентрація може негласно доходити до 40%. Переробити звичайну машину в «Flex-fuel» можна, але економічно недоцільно.

Використання біоетанолу в якості палива дозволяє знизити викиди діоксиду вуглецю, який є парниковим газом. Скорочення викидів діоксиду вуглецю при використанні біоетанолу залежить від використовуваного рослинної сировини, кліматичної зони і накладних витрат на його вирощування, транспорт та переробку, оскільки в цих процесах використовується викопне паливо (агротехнічні роботи, сушка зерна при закладці на зберігання, виробництво добрив для відновлення родючості грунтів , ректифікація спирту і переробка відходів). Зниження викидів CO₂ при виробництві етанолу із зерна за станом на 2007 р. у США становило в середньому 19%, передбачається, що при модернізації спиртового виробництва та переведення його виключно на природний газ можливе зниження викидів вуглекислого газу на 28-32%.

1.3 Виробництво біопалива в Україні

Популяризацією біопалива в Україні займеться профільна асоціація "Укрбіоенерго". Презентація асоціації відбулася сьогодні. До складу "Укрбіоенерго" увійшли близько 30 виробників біоенергетичної сировини, технологічного устаткування, біопалива, а також учені.

На тлі різкого подорожчання нафти і газу і, відповідно, продуктів їх переробки перспектива перекладу підприємств країни на споживання альтернативного пального починає реалізовуватися. Гендиректор "Укрбіоенерго" Віталій Лазоркин відзначив, що до 2010 р. в Україні під вирощування біоенергетичної сировини повинне бути задіяне близько 2 млн. га (сьогодні площі в 10 разів менше). За його словами, Україна проголосила свій політичний вибір на користь вступу в ЄС, де в структурі енергоспоживання біопаливо до кінця 2010 р. повинне займати не менше 5,75%. Це означає, що Україна до цього часу повинна проводити і споживати не менше 520 тис. т таких енергоресурсів. У грудні минулого року Кабмін України схвалив концепцію Програми розвитку виробництва дизельного біопалива до 2010 р. Замовником програми визначено Міністерство агрополітики. У пропозиції до цієї держпрограми передбачено фінансування з держбюджету на 1 млрд грн, з інших джерел - понад 10 млрд грн. Основною сировиною для виробництва біопалива традиційно розглядається технічний рапс. Згідно підрахункам, з 75% відсотків урожаю рапсу, зібраного на площі 2,5 млн. Га, можна провести 2,25 млн. т дизельного біопалива - по енергетичній цінності така кількість еквівалентна 1,9 млн. т звичайного дизпалива (на його виробництво необхідно майже 6 млн. т нафти). Експерти говорять, що, в принципі, для виробництва такого пального придатні ряд інших олійних культур, а так само буряк і кукурудза. Але підкреслюють, що заводи по виробництву біопалива повинні бути невеликими, розрахованими для регіональних потреб. Транспортування такого пального на відстань понад 50 км. робить її неконкурентною порівняно з викопними видами палива. Ціна біодизеля не повинна перевищувати 85% ціни традиційного дизеля.

Варто також відзначити, що у 2007 р. в Одеській області компанією "Біодізель Бессарабії" було відкрито міні-завод з виробництва біодизелю потужністю до 7 тис. тонн на рік. Другий завод потужністю до 10 тис. тонн біодизеля на рік було введено в експлуатацію у Херсонській області в лютому 2007 р. компанією "Лі-бер". "Сировинна база для виробництва біодизеля в Україні істотна, тому багато сільськогосподарських підприємств експериментують з виробництвом біодизеля для власних потреб", -- підкреслила Оксана Макарчук.

Водночас, вона зазначила, що Україна має великі можливості промислового виробництва паливного етанолу, оскільки є значним виробником харчового спирту.

Вважається, що його виготовлення в найближчі роки буде максимально вигідним для української економіки. Виготовлення готового продукту є набагато вигіднішим для України ніж експорт сировини, в основному в Польщу та Німеччину. Станом на 2007 рік згідно розрахунків Інституту цукрового буряка УААН і НТЦ «Біомаса» (м. Київ), собівартість біодизеля у наший країні складає 0,42 євро/л, біоетанолу -- 0,67 євро/л. Проте виробництво біопалива в промислових об'ємах ще не налагоджене так як приміром у Німеччині, яка займає лідируючі позиції по виробництву біодизеля в ЄС. За різними оцінками, у 2006 р. в Україні міні-заводи чи дослідницькі установки по виробництву біодизеля працювали в 12 областях, виробивши 20 тис. т продукції, яка, як правило, використовувалася у сільському господарстві.

У червні 2006 року було створено асоціацію «Укрбіоенерго». Її завданням було популяризувати біопаливо в Україні. До неї ввійшли близько 30 виробників біоенергетичної сировини, технологічного устаткування, біопалива, а також ряд вчених. У грудні 2006 року Кабмін затвердив Програму розвитку виробництва дизельного біопалива на 2007--2010 роки Відповідно до програми, Україна планує до 2010 року побудувати щонайменше 20 заводів із виробництва біодизелю продуктивністю від 5 до 100 тис. тонн на рік загальною потужністю не менш ніж 623 тис. тонн на рік. Замовником програми визначено Міністерство агрополітики.

Влітку 2007 року Верховна Рада прийняла проект закону про перехід до 2010 року транспорту українських міст з населенням понад 500 тис. чоловік на біопаливо. До 2010 року в Україні планується побудувати 20 заводів, що вироблятимуть біодизель потужностями від 5 до 100 тис.т. на рік. Для виробництва біопалива будуть введені спеціальні податкові пільги. Зареєстрований законопроект, де депутати запропонували до 2018 року скасувати податок на прибуток для виробників біологічних видів палива (біоетанол, біодизель, біогаз й біоводень), а до січня 2013 року -- податок на ввезення сировини й устаткування.

У 2003 р. Інститут харчової хімії та технології вперше розробив технічні умови на «Оксигенат моторного палива -- альтернативний». У 2004 р. спеціалісти компанії «Енергетичні стратегії та біотехнології» здійснили спільно з галузевим Інститутом нафтопереробної та нафтохімічної промисловості «МАСМА» успішне випробовування сумішевих палив із використанням оксигенату (низькомолекулярні спирти).

Згодом були розроблені технічні умови «Паливо моторне „БІО-100“ ТУ У 24.6-33616799-001:2006». Новий вид моторного палива назвали «БІО-100» завдяки високому показнику октанового числа (паливо складається на 60 % із відновлювальної сировини, 30 % -- із мінеральних вуглеводнів та стабілізуючих речовин).

У 2006 р. виробництво БІО-100 було налагоджено на Лохвицькому спиртозаводі. Новий вид палива визнаний Національною агенцією з питань забезпечення ефективного використання енергоресурсів України (НАЕР) першим українським біологічним паливом. Відповідний висновок НАЕР за номером 1 видали у 2007 р.

Реалізація нового палива розпочалась на понад 30-ти українських автозаправних станціях, у тому числі у київській мережі компанії «Лукойл».

Проте через супротив українського спиртового монополіста -- концерну «Укрспирт», -- у квітні 2007 р. виробництво БІО-100 на Лохвицькому спиртозаводі припинили та перенесли до Молдови.

25 квітня 2008 р. у Чернівцях розпочала роботу перша в Україні та країнах Східної Європи спеціалізована біопаливна автозаправна станція. На АЗС реалізується два види моторного палива, виготовленого з біологічної сировини: аналог високооктанового бензину -- паливо «БІО-100» та дизельного палива -- біодизель.

24 лютого 2008 року відбувся перший комерційний політ літака на біопаливі. Боїнг-747 британської авіакомпанії Virgin Atlantic здійснив політ з лондонського міжнародного аеропорту Хітроу до Амстердама. У перший екологічно-чистий політ пасажирів не взяли.

Зокрема, постановою Кабінету Міністрів України від 29 червня 1996 р. було створено Держконцерн "Укрспирт". Цією постановою передбачається удосконалення управління підприємствами спиртової та лікеро-горілчаної промисловості. У концерн увійшло 79 державних підприємств з виробництва спирту. Виробництво біоетанолу було організовано ще у 1998 р., і до 2006 р. його підприємства виробили понад 50 тис тонн цієї продукції.

Прогнозоване в світі вичерпання основних викопних енергоносіїв (нафти та газу в найближчі 40-50 років) та екологічні чинники спонукають більшість розвинених країн шукати альтернативні нетрадиційні та відновлювальні джерела енергії. Каталізатором цих пошуків стало нове підвищення світових цін на нафту за 2005-2006 роки. За матеріалами експертів, частка відновлюваних джерел енергії у загальносвітовому паливно-енергетичному балансі в 2050 році може досягти 50%, а за прогнозом Світової енергетичної Ради - до 80-90% на кінець поточного століття. Німеччина і Швеція до кінця цього сторіччя планують всі сто відсотків енергії отримувати за рахунок відновлюваних джерел. Серед відновлюваних джерел енергії більшого розвитку набувають енергоносії біологічного походження або біопалива: біодизель, біоетанол, біогаз. Установчими зборами засновників Головою Асоціації «Укрбіоенерго» обрано народного депутата Верховної Ради України 4 і 5 скликання Калетніка Григорія Миколайовича, Головою Ради Асоціації обрано директора Департаменту економіки Мінагрополітики Дробота Віталія Івановича. Обидва є фахівцями з питань економки, організації та прогнозування розвитку агропромислового комплексу, а також біоенергетичного виробництва. Виходячи із статутних завдань, Асоціація «Укрбіоенерго» опікується наступними питаннями: створення сприятливої законодавчої та нормативної бази для розвитку ринку біопалива; представлення та захист інтересів членів Асоціації в органах законодавчої та виконавчої влади, а також в бізнесі; залучення зовнішніх та внутрішніх інвестицій у новий сегмент національної економіки; сертифікація та стандартизація біопалива, підготовка нормативно-технічної документації; координація діяльності членів Асоціації на ринку біопалива; просування на внутрішній і зовнішній ринки готової продукції; наукове забезпечення сфери виробництва та використання біопалива; створення інтегрованих агропромислових об'єднань, у кожному з яких на взаємовигідних умовах сільгоспвиробники та їх індустріальні партнери будуть забезпечувати виробництво 10-20 тисяч тонн біопалива на рік. Асоціація «Укрбіоенерго» направила до Уряду в серпні 2006 року свої пропозиції стосовно вдосконалення законодавчих і нормативних актів в Україні та включення проблем виробництва та використання біопалива до Державних програм. Асоціація запропонувала включити до проекту Програми діяльності Уряду на 2006 -- 2010 роки систему заходів, а саме:

Організаційні заходи:

· Доопрацювати Енергетичну стратегію України до 2030 року, посиливши в ній роль НВДЕ у відповідності до світових тенденцій.

· Розробити та прийняти до кінця 2006 р. державні програми розвитку виробництва і використання біопалив.

· При розробленні зазначених програм доцільно максимально використати для виробництва біопалив існуючі спиртозаводи, ветсанутильзаводи та інші підприємства, що залишились у державній власності, а також цукрові заводи.

· З метою посилення координації та забезпечення системності в наукових дослідженнях і проектно-конструкторських розробках з питань НВДЕ розробити й забезпечити фінансуванням відповідну комплексну науково-технічну програму.

· Запровадити торгівлю квотами за Кіотським протоколом через механізм спільного їх впровадження для отримання іноземних фінансових ресурсів з метою розвитку НВДЕ. Постановою Кабінету Міністрів України від 22 лютого 2006 р. № 206 затверджено порядок розгляду, схвалення та реалізації проектів спільного впровадження.

Політична та законодавча підтримка:

· Визначити поставною Верховної Ради України прискорений розвиток НВДЕ найважливішим загальнодержавним пріоритетом в економіці України на найближчі 10 років.

· Вважали б за доцільне використати досвід Данії щодо консолідації політичних сил для досягнення загальнонаціональних інтересів в енергетичній галузі.

· Внести зміни до Закону України “Про альтернативні види рідкого та газового палива” щодо: а) обов'язковості застосування біопального для двигунів внутрішнього згорання (в першу чергу в м. Києві, інших містах з населенням понад 500 тис. громадян, а також у рекреаційних зонах); б) запровадження заходів державної фінансової підтримки виробникам біопалив, відповідної сировини, машин, приладів та обладнання, зокрема: -- звільнення від ПДВ, акцизів; -- надання безвідсоткових кредитів для виробників біопалива та інших НІДЕ, а не під 10% відповідно із Постановою Кабінету Міністрів України від 18 травня 2006 р. № 695. Серед першочергових законодавчо-нормативних актів також прийняти закон щодо запровадження підвищених “зелених” тарифів за реалізацію електроенергії і тепла, вироблених з використанням НВДЕ, який схвалений Верховною Радою в першому читанні.

· Законодавчо регламентувати режим використання генетично модифікованих організмів в Україні лише для енергетичних цілей (чи в окремому законі, чи внести доповнення до названого вище закону про альтернативні палива).

· Законодавчо заборонити використання в якості біопального метил-трет-бутилового ефіру, як надзвичайно небезпечного забруднювача поверхневих і підземних вод із канцерогенним ефектом. За експертними оцінками потенційні можливості нашої країни дозволяють забезпечити до 2020 року виробництво за рік: біоетанолу -- близько 4,5-5 млн. тонн, біодизелю -- близько 6 млн. тонн, біогазу -- близько 10 млрд. м куб., тепла із котелень на біомасі -- близько 8 млн. тонн ум. палива. В умовах підвищення цін світового ринку на нафту до 70--80 дол. США за барель, а на природний газ -- до 230--250 дол. за 1000 м3 всі види біопалива будуть конкурентноспроможними. При тому витрати на біоетанол і біодизель очікуються нижчими за відповідні еквіваленти традиційного бензину та дизельного пального на 10--15%; витрати на енергію, отриману з біогазу -- на 20--25%, а отриману при спалюванні біомаси в спеціальних котлах -- в 2--3 рази за аналогічну при використанні природного газу. Крім того, з огляду на актуальність проблеми Асоціація звернулася до Голови Комітету з питань бюджету Верховної Ради України з клопотанням підтримати фінансування реформування державних підприємств Міністерства агрополітики України з метою розвитку виробництва та використання біоетанолу, біодизелю, біогазу та біопаливних добавок до світлих нафтопродуктів, а також проведення реконструкції ряду заводів концерну «Укрспирт» та законодавчого забезпечення нормативними та регламентними документами, передбачивши на цю мету у Законі України «Про Державний бюджет України на 2007 рік» 35-25 млн. гривень.

Згідно із Законом України “Про альтернативні види палива” вміст біоетанолу в бензинах моторних, що виробляються та/або реалізуються на території України, рекомендований не менше як 5% у 2013 році, обов'язковий не менше як 5% у 2014-2015 рр, а з 2016 - обов'язковий вміст біоетанолу повинен бути не менше як 7%. На жаль, в умовах сьогодення дію закону тимчасово призупинено. Це пов'язано з багатьма чинниками: недостатня потужність заводів, що виробляють біоетанолу, у забезпеченні необхідної його кількості (впровадження виробництва біоетанолу в промислових обсягах вимагає технічного переоснащення), обмеженість фінансування, несприятливий інвестиційний клімат для залучення зовнішніх інвестицій, неможливість стимулювання розвитку галузі державою та інші.

1.4 Технологія виробництва біоетанолу

Сировина, яка надходить для виробництва біоетанолу проходить приймання, що включає розважування та очищення від різноманітних домішок перед тим як надходить на стадію змолу. Подрібнення сировини здійснюється на валкових або молоткових дробарках провідних європейських виробників, що забезпечують однорідність помелу з заданим розміром частинок, що безпосередньо впливає на ефективність подальшої переробки отриманої муки.

Існує два основних способи отримання біоетанолу: так звані "сухий" і "мокрий" способи, що відрізняються головним чином додатковим вилученням клейковини, крохмалю А і В при "мокрому" способі. У цьому випадку на виробництво біоетанолу йде крохмаль В.

У випадку "сухого" способу отримання біоетанолу, борошно змішується з водою і отриманий затор відправляється на оцукрювання, де міститься в суспензії крохмаль під дією тепла і спеціальних ферментів перетворюється на цукру для подальшого зброджування.

Наступним етапом виробництва біоетанолу є бродіння оцукреного сусла, здійснюване в бродильних чанах з додаванням дріжджів, які перероблюють цукор на спирт. На цьому етапі одержують так звану бражку з вмістом спирту близько 8%. Для досягнення необхідної концентрації і чистоти спирту, отриману бражку піддають очищенню на стадії дистиляції, оснащеної двома колонами. На виході виходить спирт концентрацією 96%. Подальше зневоднення спирту до отримання біоетанолу міцністю 99,8% виробляється на колонах з молекулярними ситами.

Кінцевий продукт зі стадії абсолютування направляється в спиртосховище, звідки відвантажується автомобільним, або залізничним.

На всіх стадіях виробництва біоетанолу максимально використовується отримане, процесі роботи заводу, тепло з метою зниження експлуатаційних витрат на отримання біоетанолу.

1.5 Сировина для виробництва біоетанолу

Майже будь-який матеріал рослинного походження може бути сировиною для виробництва біоетанолу. Всі рослини містять цукри, які можуть бути ферментовані для виробництва біоетанолу в процесі так званої "біохімічної конверсії (перетворення)." Рослинна сировина також може бути перетворена в біоетанол з використанням тепла і хімічних речовин у процесі, що має назву "термохімічної конверсії".

Сировиною для виробництва біоетанолу можуть бути будь-які цукровмісні (цукрова тростина, цукровий буряк, цукрове сорго, топінамбур) чи крохмалевмісні (кукурудза, жито, пшениця, картопля) сільськогосподарські культури, а також інші види рослин чи їх залишків, які містять целюлозні клітини, що в подальшому під дією ензимів можуть бути перетворені на глюкозу (стебла, трави, залишки сільськогосподарської та деревообробної промисловості). Целюлозна сировина складається з целюлози, геміцелюлози та лігніну, що в процесі обробки перетворюється на цукрозу.

Крім цукро- та крохмалевмісних культур для виробництва біоетанолу у світовій практиці широко використовують багаторічні трави (міскантус, просо).

В США основною культурою для виробництва біоетанолу є кукурудза, у менших кількостях використовується пшениця, сорго та цукрова тростина. У Бразилії та інших країнах південної Америки - цукрова тростина, в країнах ЄС - зернові та цукрові буряки.

В Україні найбільш сприятливими культурами для виробництва біоетанолу є цукрові буряки, фуражне зерно, кукурудза та меляса.

Таблиця 1.1 - Орієнтовна урожайність різних сільськогосподарських культур та можливий вихід біоетанолу з біосировини

Культура (біосировина)	Планова урожайність, ц/га	Вихід етанолу
		з тонни сировини, л/т	на один гектар, л/га
Цукровий буряк	900	50	4498
Топінамбур	300	87	2610
Цикорій	350	92	3248
Картопля	324	114	3693
Кукурудза (зерно)	70	416	2912
Пшениця	50	395	1975
Ячмінь	58	370	2150
Жито	30	340	1020

Однак, як було сказано раніше біоетанол, який отримають з будь-якого сільськогосподарського сировини допомогою застосування традиційних технологій відноситься до біопалива першого покоління. Тому у моє запропоновано виробництво біоетанолу з целюлозної сировини. Найчастіше це солома або інший рослинний матеріал, який залишився на сільськогосподарських угіддях після збору зернових. У теперішні час ці залишки або збирають комбайном та виготовляють силос, або просто переорюють для формування гною на наступний рік, або піддають утилізації. Тому дуже перспективним є їх використання в якості сировини для виробництва біопалива другого покоління, так наприклад вихід спирту з 1 т сухої тиси становить 100 -150 л

Тому на основі аналізу літературних даних у дипломному проекті в якості сировини, для виробництва біоетнолу запропоноване використання рослинних залишків які утворилися після збору врожаю, та відходів переробки польових культур (лузга, стержні качанів кукурудзи, капелюшки соняшника тощо).

2. ХАРАКТЕРИСТИКА БІОЛОГІЧНОГО ПРОДУЦЕНТУ ТА БІОЛОГІЧНА СХЕМА ВИРОБНИЦТВА БІОЕТАНОЛУ

2.1 Загальна характеристика дріжджів

Дріжджі Saccharomyes, являють собою одноклітинні мікроорганізми, що відносяться до класу аскоміцетів (сумчастих грибів).

Зазвичай дріжджі розмножуються брунькуванням і дуже рідко (в умовах великого дефіциту поживних речовин) спороутворенням.

Рисунок 2.1 - Saccharomyes cerevisiae під мікроскопом

Дріжджові клітини бувають яйцеподібної, еліпсоїдальної, овальної чи витягнутої форми, яка як і їх довжина (6…11 мкм) залежить від умов росту та виду дріжджів. Відношення поверхні клітини до її об'єму впливає на швидкість масообмінних процесів між клітиною та поживним середовищем і, як наслідок, на інтенсивність життєдіяльності дріжджів.

Так, відношення поверхні клітини до об'єму дріжджів Sacch. cerevisiae раси XII дорівнює 0,46, термотолерантних дріжджів Sacch. сerevisiae К-81 - 0,5…0,62, дріжджів Schizosaccharomyces pombe - 0,46. Дріжджі раси К-81 накопичують більше біомаси дріжджових клітин, ніж дріжджі раси XII, при різних значеннях рН середовища (3,2…4,2) і оптимальній температурі для кожної з них.

Існують гриби-цукроміцети, які відносяться до родини Saccharomycetaceae здатні утилізувати ксилолу - Pachysolen tannophilus. Вони вперше були виявлені на сульфітних шовках Boidin и Adzet (1957) та Wickerham (1970), и широко застосовуються у промисловості.

Дріжджова клітина складається із оболонки, цитоплазми та ядра. Зовнішня частина оболонки утворена полісахаридами типу геміцелюлоз, здебільшого мананом та невеликою кількістю хітину, внутрішня частина - білковими речовинами, фосфоліпідами і ліпоїдами. Оболонка регулює внутрішній стан клітини і має вибіркову проникливість, що суттєво відрізняє її від звичайних напівпроникливих мембран. Товщина клітинної оболонки дріжджів до 400 нм.

Цитоплазматична мембрана (плазмаламма) має товщину 7…8 нм, розміщена під клітинною стінкою і відокремлює її від цитоплазми. Плазмалемма - головна перешкода, що обумовлює осмотичний тиск в клітині, обумовлює вибірковий рух поживних речовин із середовища до клітини та вивід метаболітів із клітини. Плазмалемма складається із бімолекулярного шару ліпідів, до якого входять білкові молекули. Ліпіди зорієнтовані неполярними кінцями всередину, один до одного, а полярними - назовні.

Переміщення речовин через цитоплазматичну мембрану йде внаслідок молекулярної дифузії і в результаті активного руху, в якому беруть участь специфічні ферменти, і в цьому випадку речовини можуть проникати до клітини і проти градієнту концентрацій. Наприклад, амінокислоти швидко проникають до клітини із середовища, навіть якщо їх концентрація у цитоплазмі в 100 - 200 разів вища від концентрації у поживному середовищі.

Цитоплазма має гетерогенну структуру і тягучу консистенцію. Колоїдний характер її обумовлений білковими речовинами. Крім них у цитоплазмі містяться рібозонуклеопротеіди, ліпоїди, вуглеводи та велика кількість води. Цитоплазма молодих клітин ззовні гомогенна. При старінні в ній з'являються вакуолі, рівномірна зернистість, жирові і ліпоїдні гранули. В цитоплазмі з її органоїдами (хондріосомами, мікросомами, вакуолями) і включеннями йдуть важливі ферментативні процеси.

Мітохондрії (хондріосоми) мають форму зернинок, паличок чи ниток. Мітохондріальні мембрани складаються з білків (80%) і ліпідів (20%). До складу мітохондрій входять також поліфосфати, РНК і ДНК. Мітохондрії розмножуються самостійно, репліцирують власну мітахондріальну ДНК і продуцирують власні білки. Поживні речовини, проникнувши до клітини, адсорбуються і акумулюються хондріосомами і підпадають під швидкі перетворення внаслідок концентрації в цих осередках клітини відповідних ферментів. В мітохондріях повністю проходить цикл трикарбонових кислот і важливіша енергетична реакція - окислювальне фосфорилювання. Тому їх розглядають як основну «силову станцію» клітини. Тут же проходять реакції активування амінокислот в процесі синтезу білка, ліпідів та інших сполук.

...