ИСТИНА

Цель исследования — создание научного задела для разработки новых технологий, поз-воляющих превращать уловленный СО2 в товарные продукты с целью предотвращения загрязнения окружающей среды выбросами ТЭС. В настоящее время одним из наиболее перспективных способов биологической конверсии CO2 в биомассу, содержащую биологически активные вещества, пигменты-антиоксиданты и исходные вещества для производства биотоплива считается использо-вание фотоавтотрофных микроорганизмов (микроводорослей). При этом успешное внед-рение и экономическая эффективность данных фотобиотехнологий зависит от грамотно-го решения ряда вопросов из области фотофизиологии и биохимии микроводорослей, а также инженерии фотобиореакторов. Актуальность задачи по созданию и использованию фотобиотехнологий (биотех-нологий, основанных на использовании фотоавтотрофных организмов) как средства снижения риска для окружающей среды из-за повышения концентрации парниковых га-зов (в особенности CO2) в атмосфере, попутно обеспечивающего промышленность обо-гащенным углеродом сырьем для получения экологически безопасного топлива обуслов-лена рядом ключевых преимуществ микроводорослей: • быстрым ростом культур микроорганизмов, возобновляемостью (в отличие от ископаемого топлива). Фототрофные микроорганизмы намного (в несколько тысяч раз) превосходят высшие растения по эффективности накопления биомассы и биосинтеза липидов на единицу площади, занятой культурой. • возможностью развертывания производства биомассы на площадях, непригодных для сельского хозяйства (непахотных землях). Это позволяет сохранять посевные площади для производства продуктов питания, дефицит которых отмечается во всем мире. Дополнительные преимущества фотобиотехнологий включают: • «CO2- нейтральность» топлива, полученного из биомассы микроводорослей: сжи-гание такого топлива не приводит к повышению общей концентрации CO2 в ат-мосфере; • производство биологически и фармакологически активных соединений, в т.ч. об-ладающих антиоксидантной активностью (арахидоновой кислоты, астаксантина, β-каротина и др.) Таким образом, биологическая утилизация CO2 с попутным производством топлив и энергии из возобновляемого органического (неископаемого) сырья является одной из ключевых задач в рамках обеспечения энергетической стабильности и безопасности стра-ны. Не менее важно и получение биомассы, обогащенной антиоксидантами и витамина-ми. Это определяется не только обострением экологических проблем, связанных с накоп-лением в атмосфере парниковых газов и его последствиями, но и с ограниченностью нефтяных и газовых ресурсов, но и — в значительной степени — с ущербом, наносимым окружающей среде при добыче, транспортировке, переработке и использовании ископае-мого сырья. До недавнего времени создание и внедрение эффективных фотобиотехноло-гий ограничивалось практически полным отсутствием отечественных штаммов микрово-дорослей-продуцентов требуемых веществ и носителями необходимых свойств. В то же время приобретение патентованных штаммов зарубежной селекции, как правило, не дает ожидаемых результатов по продуктивности в местных условиях выращивания. Несмотря на востребованность и перспективность использования фотоавтотрофных микроорганизмов и фотосинтетической фиксации для конверсии CO2 в товарные продук-ты, этот подход пока разработан далеко не достаточно. В частности, отсутствуют эффек-тивные штаммы двойного назначения, которые наряду с очисткой газов с высокой кон-центрацией CO2 продуцировали бы биомассу с ценными свойствами, не разработаны технологии для эффективного культивирования микроводорослей c использованием бро-совых газов. Таким образом, реализация настоящего проекта призвана заполнить суще-ствующие пробелы в отношении биологической очистки бросовых газов ТЭС и заложить основы для разработки новых эффективных технологий биоконверсии CO2 с использова-нием микроводорослей.

В результате работ по настоящему государственному контракту был проанализи-рован значительный объем опубликованных в литературе сведений об использовании микроводорослей для конверсии CO2 из техногенных выбросов в биомассу, обогащенную ценными соединениями, а также комплекс сопутствующих проблем. Выявлены наиболее перспективные способы и основные принципы биоконверсии CO2 с использованием микроводорослей. Cравнительный анализ возможных на современном уровне техники способов утилизации техногенных выбросов CO2. Его результаты со всей определенно-стью показали, что использование микроводорослей для конверсии CO2 в ценную био-массу является наиболее технически простым, рентабельным и безопасным на сегодняш-ний день способом утилизации углекислоты. Показано, что оптимальным является под-ход, дающий линейку биопродуктов, а не какой-либо отдельный продукт. Существенной экономии при культивировании микроводорослей с целью утилизации CO2 можно до-биться, используя в качестве источника минерального питания для культуры биогенные элементы из сточных вод, прежде всего сельскохозяйственных предприятий. Образующа-яся при этом биомасса может быть использована для производства кормовых добавок и прочих крупнотоннажных биопродуктов. По итогам анализа литературных данных и собственного опыта была разработана программа и методики экспериментальных исследований штаммов микроводорослей и полученной биомассы. Также была разработана техническая документация на лаборатор-ный образец установки по испытанию штаммов микроводорослей, осуществляющих кон-версию CO2 в биомассу, согласно данной документации изготовлен лабора-торный образец установки. С использованием созданной установки испытаны штаммы микроводорослей, отобран и идентифицирован штамм Desmodesmus 3Dp86E. Показано, что этот штамм является то-лерантным к CO2 в широких пределах концентраций этого газа (от атмосферной до 100% — чистого диоксида углерода). В ходе экспериментов достигнута степень конвер-сии CO2, превышающая установленную техническим заданием (более 35% от исходного количества газа, поступающего в установку). Зарегистрирована подробная ультраструк-турная картина адаптации фотосинтетического микроводорослей к высоким уровням CO2. Полученная биомасса микроводорослей характеризуется высоким содержанием насыщенных и полиненасыщенных жирных кислот, витаминов и антиоксидантов. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках исследования, разработки Подготовлена патентная заявка на штамм микроводорослей Desmodesmus 3Dp86E, эффективно конвертирующий CO2 в биомассу в широком диапазоне концентраций угле-кислоты вплоть до 100%. Назначение и область применения результатов проекта Результаты проведенных НИР могут быть использованы для проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на создание фото-биотехнологий для биоконверсии CO2 в биомассу микроводорослей, обогащенную анти-оксидантами и витаминами. Эффекты от внедрения результатов проекта В результате выполнения проекта будут разработаны научно-технические основы конверсии углекислоты из техногенных выбросов с попутным получением биомассы микроводорослей. Технологии, создаваемые на основе результатов выполнения работ, позволят очищать газообразные выбросы ТЭС и промышленных предприятий от парни-кового газа — CO2. Дополнительным преимуществом этих технологий является получе-ние биомассы микроводорослей, обогащенной витаминами и антиоксидантами, являю-щейся ценной кормовой добавкой и сырьем для производства биотоплива. Формы и объемы коммерциализации результатов проекта В результате реализации проекта будет создан задел для разработки фотобиотехноло-гий для конверсии углекислоты из техногенных выбросов с попутным получением био-массы микроводорослей, которые могут быть коммерциализованы. Дополнительной формой коммерциализации может являться реализация РИД (патента на штамм для эф-фективной конверсии углекислоты из техногенных выбросов с получением биомассы).