Криобиологические сосуды > Энергия и биотехнология > Масличные растения

Масличные растения


Растительные масла могут быть получены из самых разнообраз­ных растений. Помимо хорошо известных нам подсолнечников, пальм, кокосовых орехов, оливок и арахиса для этой цели ис­пользуются и более экзотические виды: джоджоба и гваюла (оба — растения пустынь), клещевина, рапс (семена), растения, выделяющие млечный сок, эвкалипты, тыквы, копайба, малме-лейро, орехи бабассу и др. Масла из этих растений, как и из многих других, исследуются в разных странах. Однако, прежде чем принимать решение об использовании этих масел как топ­лива и о налаживании их производства, необходимо оценить их стоимость, а также количество энергии, необходимое для выра­щивания соответствующих растений и переработки сырья. Нет смысла выращивать растения и получать из них литр раститель­ного масла, если при этом затрачивается два литра первосорт­ного горючего. Определяющий фактор здесь — урожайность, т. е. количество масла, которое фермер может получить с гекта­ра посевов, а также денежные затраты и трудоемкость. Опыты с подсолнечником и соей на юге Африки и на Среднем Западе США показали, что можно получить до тонны масла с гектара, даже если использовать не самый лучший способ отжима. Со­держание масла в собранном сырье составляет при этом 40— 50% по массе. Выход масла в две тонны с гектара считается обычным; сообщалось, что он может достигать и пяти тонн. Та­кое масло стоит около двух долларов за галлон (20 пенсов за литр). При этом запасенная в продукте энергия относится к энергозатратам при выращивании и переработке урожая как 3—10 к 1.
Главное препятствие для дальнейшего развития отрасли — низкая биопродуктивность имеющихся сортов растений. Между тем опыт осуществления специальных программ (которые долж­ным образом финансировались) говорит о перспективности воз­делывания масличных культур. Так, с успехом была выполнена совместная научная и прикладная программы Великобритании и Малайзии по выведению высокопродуктивных сортов маслич­ной пальмы. Были получены рекордные урожаи, до 14 тонн мас­ла с гектара в год, что в 2—3 раза превосходит обычные; эти новые сорта быстро размножили путем использования метода культуры тканей.
Получение топлива из пальмового масла имеет ряд преиму­ществ перед выработкой этилового спирта из сахара или крах-малсодержащего сырья. Пальмовое масло получать проще, уро­жай можно собирать круглый год, при производстве образуется меньше отходов, загрязняющих окружающую среду, и при этом одним из «отходов» производства является богатый белком корм для животных. В идеальном случае можно будет исполь­зовать выращенное растение целиком и получать набор разных продуктов. При этом возврат энергии очень велик, и для произ­водства топлива не требуется воды.
Растительное масло можно использовать в чистом виде или в смеси с дизельным топливом для применения в двигателях компрессионного зажигания. Однако эффективность работы и долговечность таких машин увеличиваются, если масло пере­работать в метиловые или этиловые эфиры. С другой стороны, многие виды растений синтезируют углеводороды, которые мож­но непосредственно использовать как горючее или химическое сырье. Из последних наиболее известен каучук, получаемый из культивируемых деревьев Hevea brasilensis. С химической точ­ки зрения такие углеводороды — это вещества, более восстанов­ленные, чем углеводы. Их можно использовать непосредственно, не прибегая к микробиологической или термохимической моди­фикации, без чего не обойтись в случае углеводов.
В настоящее время предпринимаются серьезные попытки вы­вести и наладить выращивание сортов растений, синтезирующих углеводороды более низкой молекулярной массы, чем у каучука. Предполагается, что из них можно будет получать жидкое топливо со свойствами, близкими к таковым у нефти.
Поиски растений с высоким содержанием углеводородов периодически проводились и раньше. В 1921 г. была опублико­вана монография, в которой сообщалось о содержани «каучука» в растениях Северной Америки. За четыре года до смерти (1932 г.) американский изобретатель Томас Эдисон изучил в этом плане около 2000 видов растений. Он нашел, что многие растения содержат углеводороды, но только у одного-двух из них молекулярная масса была настолько высока, что они могли в принципе служить заменителем натурального каучука из He­vea. Такие поиски велись в основном среди растений, выделяю­щих млечный сок — латекс. Последний представляет собой по­хожую на молоко 30%-ную эмульсию углеводородов и является тем сырьем, из которого на плантациях получают натуральный каучук. Отметим, что многие виды растений, особенно из семей­ства Euphorbiaceae, накапливают в латексе углеводороды с су­щественно меньшей, чем у каучука, молекулярной массой (10— 20 тыс., а не 1—2 млн.). Именно среди веществ с такой молеку­лярной массой ведутся сегодня поиски заменителей нефти.
Из представителей рода Euphorbia латекс выделяет почти каждый вид. У дюжины видов Euphorbia он изучен, и в боль­шинстве случаев в нем обнаружены углеводороды, но молеку­лярная масса их гораздо ниже, чем у каучука.
Эти растения содержат 10±5% восстановленных органиче­ских веществ, экстрагируемых ацетоном и бензолом. Если исхо­дить из содержания «нефти» в 10%, то, по грубой оценке (Cal­vin, 1976), при ежегодном урожае биомассы в 10 т сухого веще­ства с акра можно получить 1 т углеводородного сырья. За­траты на выращивание при этом составляют около 150 долл. на акр в год, т. е. примерно 20 долл. за баррель. Эти расходы не включают затрат на переработку, как, впрочем, и стоимость биомассы отходов. Дополнительные расходы, когда такая «нефть» используется не как топливо, еще предстоит оценить. По предварительной оценке стоимость продукта не слишком от­личается от цены природной нефти, что стимулировало дальней­шие исследования. Однако проведенные недавно полевые опыты показали, что получение 1,5 т «нефти» с гектара возможно только на поливных землях, а при выращивании без полива вы­ход продукции гораздо ниже.
По-видимому, вопрос о том, получаем ли мы выигрыш в энергии (отношение запасенной энергии к затраченной более единицы) при выращивании таких культур, нельзя считать ре­шенным. Ситуация прояснится, если удастся оценить денежную стоимость и энергосодержание побочных продуктов производ­ства.
Натуральный каучук можно получить из растущей в пусты­не гваюлы, что и делали в прошлом в больших масштабах. Во время второй мировой войны министерство сельского хозяй­ства США провело большую работу по окультуриванию гваю­лы, и сегодня это растение — наиболее реальный кандидат для получения масел разного назначения и углеводородов. Резуль­таты исследования гваюлы найдут широкое применение и осо­бенно важны для осуществления перспективных планов получе­ния углеводородов из новых видов растений.
Чтобы установить возможность интродукции масличных и углеводород-образующих культур, было изучено большое число видов растений (Buchanan et al., 1978). Полагают, что вполне реально при «одомашнивании» этих растений увеличить выход сухой массы на 50%, а содержание углеводородов и масел — в два-три раза. Такие прогнозы кажутся вполне оправданны­ми в свете последних достижений селекционеров растений и аг­рономов, работающих с такими привычными культурами, как Hevea. Для того чтобы сравняться с Hevea, необходимо, чтобы выход масла и углеводородов с гектара в год составлял не ме­нее двух тонн.
Углеводороды и масла можно использовать после выделения и химической переработки, например гидрокрекинга и/или этерификации. Отметим, однако, что во всем мире производится се­годня всего около 40-Ю6 т растительных масел в год, а другие производства развиты еще недостаточно. По этой причине сбра­живание сахара в этиловый спирт остается сегодня главным промышленным способом крупномасштабного производства жид­кого горючего для нужд транспорта из биомассы растительно­го сырья. Однако, как уже отмечалось, главная проблема при использовании сахара или крахмала — малый объем производ­ства и употребление их в пищу. Единственным потенциально важным сырьем для бродильной промышленности остается по­этому лигноцеллюлоза. Создание способов переработки этого сырья в жидкие полуфабрикаты, пригодные для сбражива­ния,— главная задача биотехнологии.