Бүгінде көптеген елдер биоэтанолды жанармай ретінде пайдалануда. Ондағы басты мақсат – қоршаған ортаға көмірқышқыл газының бөлінуін төмендету. Экологиялық мәселенің өзектілігі артқан сайын, оған деген сұраныс та өсіп келеді. Markets&Markets агенттігінің болжамына сүйенсек, биоэтанол нарығы 2025 жылға қарай 64,8 млрд АҚШ долларына жетуі мүмкін. Ал өткен жылы оның жалпы көлемі 33 млрд АҚШ долларын құраған. Бірақ биоэтанол спиртін тұтыну тиімдірек болғанымен, өндіріс барысы, шикізат мәселесі әлі де талас-тартыс тудырып отыр. Соңғысына қатысты әл-Фараби атындағы ҚазҰУ ғалымдарының да алып-қосары бар.
Университеттің биология және биотехнология факультетінде биожанармай алуға бағытталған төрт ғылыми жоба жүзеге асырылып жатыр. Соның бірі – биология ғылымдарының докторы, академик Амангелді Бисенбаев жетекшілік ететін "Целлюлозалы шикізаттан биоотын алу мақсатында целлюлоза гендерін тиімді экспрессиялай алатын микроағзалардың рекомбинатты штамдарын алу" жобасы. Осы бағыттағы зерттеу жұмыстары нәтижесінде Saccharomyces cerevisiae трансгенді өндірістік штамдары алынған. Ол биоэтанол өндіру қарқынын жылдамдататын қасиетке ие. Ғалым биоэтанол өндіруде мұндай өндірістік ашытқы штамдарының өзіндік үлесі бар екенін айтты.
"Қыстың қамын жаз ойла"
"Еліміз жерасты қазба байлықтарына өте бай мемлекеттердің бірі. Сонымен қатар біздегі жерасты энергия көздері, яғни мұнай мен газдың табиғи қорлары да аз емес. Бүкіл дүниежүзі бойынша өндірілетін мұнайдың 1,8 пайызы, газдың 0,7 пайызы Қазақстанға тиесілі. Бұл өте ауқымды көрсеткіш. Бірақ, уақыт өте келе оның мөлшері азаяды, өйткені мұнай мен газ қайта қалпына келмейтін энергия көздеріне жатады. Белгілі бір болжамдарға сүйенетін болсақ, еліміздегі мұнайдың мөлшері 2050 жылдары 60 пайызға азаюы мүмкін. Бұл басқа мемлекетке энергетикалық тұрғыда тәуелділікке алып келеді. Қазір барлық саясат энергия көздерінің төңірегінде жүргізіледі. Сондықтан дамыған немесе дамушы елдер жерасты энергия көздеріне балама бола алатындай энергия көздерін жасау бағытында өте жоғары деңгейдегі ғылыми техникалық зерттеулер жүргізіп жатыр", – деді Амангелді Қуанбайұлы.
Ғалым еліміздің "Мәңгілік ел" концепциясын ұстанып отырғанын еске ала отырып, бұл мәселеге көңіл бөлуіміздің қаншалықты маңызды екенін сөз етті.
"Біз 100 жылдан кейін не болатынын қазірден бастап ойлауымыз қажет. Өйткені, энергия көзі болмаса, елдің дамуы да, оның басқа мемлекеттерге тәуелділігі де, жалпы, мемлекет ретінде жер бетінде қалуы да сұрақтар туындатады. Қазір альтернативті энергия көздері көп. Соның бірі – біз зерттеп отырған биоэнергия. Қазақстан жерасты қазба байлықтарына ғана емес, сонымен қатар биоресурстарға да өте бай. Еліміз аумағы жағынан әлемде 9-орында. Демек, биомасса негізіндегі энергия алу бізге берілген мүмкіндік", – дейді ол.
"Биомасса негізіндегі энергия дегеніміз не?" деген сұраққа ғалымның пікіріне сүйене отырып жауап берелік. Тіршілік иелері бойына энергия жинақтайды. Мысалы, өсімдіктер. Мұнай және газбен салыстырғанда өсімдіктер жыл сайын жаңарып отырады. Амангелді Қуанбайұлы "бұл да сарқылмайтын энергия көздеріне жатады" деген пікірде.
"Енді "оны қалай пайдаланамыз?" деген сұрақ туындайды. Қалай ол мұнай мен газды алмастыра алады? Биоэнергия көздерінің биогаз, биоэтанол, биодизель деген түрлері болады. Біздің мақсатымыз – биомасса негізінде биоэтанол алу. Қазіргі кезде биоэтанолды өндіруші елдер арасындағы көшбасшы деп АҚШ пен Бразилияны айта аламыз. Америка Құрама Штаттарында биоэтанолды жүгеріден, Бразилияда қант қамысынан алады. Болжамдарға сүйенсек, 2030-2050 жылдары әлем бойынша биоэтанол өндірісі 280 млрд тоннаға дейін жетеді", – дейді ол.
Оқи отырыңыз: "Тұмау шәрбаты". Қазақ ғалымы дәрілік шөптерден түрлі вирусқа қарсы тұнба әзірледі
Көмірқышқыл газы аз бөлінеді
"Биоэтанолды біз отындық этанол деп атаймыз. Мысалы, Еуропа, Америка, Бразилия және тағы да басқа көптеген елдерде жанар-жағармай бекеттерінде бензин емес, газохол жағады. Газохол дегеніміз – бензин мен спирттің, яғни этанолдың қоспасы. Ал Бразилиядағы автопарктің шамамен 60 пайызы этанолмен жүреді. Ал АҚШ-та бензиннің 15 пайызына, Еуропада 6-10 пайызына отындық этанол араластырады. Тіпті кейбір елдерде жанармай құрамындағы этанолдың мөлшері 25 пайызға дейін жетеді", – дейді маман.
Оның сөзіне сенсек, бензинге спиртті қосса, көмірқышқыл газының бөлінуі 30 пайызға, ал зиянды газдардың бөлінуі 40 пайызға азаяды. Өйткені спирттің құрамындағы оттегі бензиндегі зиянды компоненттердің толығымен ыдырауына себепкер болады. Сондықтан биоэтанолды пайдалану өте үлкен экологиялық проблемаларды шешер еді. Сонымен бірге биоэтанолды еш қоспасыз жанармай ретінде пайдаланса, су және көмірқышқыл газы (өте аз мөлшерде, шамамен 0,03 пайыз деңгейінде) бөлінеді.
Оқи отырыңыз: Қазақ ұлттық университетінде cмарт-технологиялар мектебі ашылды
Азық алу немесе энергия
"Америка мен Бразилияда тамақ өнімдерінен спирт жасайды. Мысалы, жүгері мен қант қызылшасы немесе қант қамысын биоэтанол алу үшін пайдаланады. Бұл – менің ойымша, аморалды әдіс. Өйткені, әлем бойынша көптеген адамдар аштықтан зардап шегіп отыр. Осындай кезде астық тұқымдастары мен тамақ өнімдерін отындық, яғни жанармай этанолын алуға жұмсау моральға қайшы келер еді. Бұл – бір. Екіншіден, мұндай жағдай тамақ өнімдері бағасының өсуіне алып келмек. Үшіншіден, ауыл шаруашылығы жерлерін рационалды пайдалану мүмкіндігінен айырыламыз. Барлығы биоэтанол алу үшін жүгері егіп кетсе, ауыл шаруашылығында теңсіздік пайда болары анық. Сондықтан басқа жолдарын қарастыру қажет деген ой болды. Менің жобам осы бағытта, яғни лигноцеллюлозалық биомасса негізінде биоэтанол алуға негізделген", – дейді Амангелді Бисенбаев.
Ғалымның айтуынша, Қазақстан 1990 жылдары 17 млн тонна бидай өндірген. Егістік алқаптарда 39 млн тонна сабан қалып кетеді. Оның 1 ғана пайызы пайдаланылады. Ал дәнді дақылдардан қалған сабанның көп бөлігі тікелей егістіктерде өртеледі. Өз кезегінде бұл көп мөлшерде ауаны ластаушы заттардың бөлінуіне себепкер. Демек, артылған бидай сабанын жоюдың балама жолын табу – басты қажеттілік. Ең тиімдісі – ауыл шаруашылығы қалдықтарын энергия көзі ретінде пайдалану.
"Лигноцеллюлозалық биомассаны тағам ретінде тұтына алмаймыз. Сондықтан оны сүрлеу, яғни ыдыратуға қажетті ферменттерді араластыру қажет. Оның өзі қымбат технология. Екіншіден, лигноцеллюлозалық биомасса ретінде шөптер мен қағаз қалдықтары, ағаш жоңқаларын алуға болады. Лигноцеллюлозалық биомассадан қалай энергия алуға болады? Мысалы, жер бетіндегі әрбір тірі ағза өзінше бір машина секілді жұмыс істейді. Бізге де жанармай секілді қуат көзі қажет. Ал, негізінде, адам денесіндегі триллиондаған жасушалардың әрқайсысы тыныс алады", – дейді ғалым.
Соның әрқайсысындағы метахондрия тыныс алу процесіне жауап береді. Олардың энергия көзі – глюкоза. Шөптер, ағаш және одан жасалатын қағаздар – барлығы целлюлоза деп аталатын полимерлерден тұрады.
Ал целлюлоза миллиардтаған глюкозадан құралған. Бидайдағы крахмал да полимер, оның да құрамында глюкоза бар. Бірақ екеуінің айырмашылығы – құрамындағы глюкозаның бір-бірімен байланысында. Крахмалда альфа, целлюлозада төрттен бір беттаглюкозиттік байланыс деп аталады. Бізде төрттен бір беттаглюкозиттік байланысты үзетін фермент жоқ. Адам сілекейінің құрамындағы амилаза ферменті крахмалдың құрамындағы глюкозаның байланысын үзетін қасиетке ие. Осы глюкозаны барлық жасушалар энергия көзі ретінде пайдаланады", – дейді маман.
Оқи отырыңыз: ҚазҰУ ғалымдары коронавирусқа қарсы қорғаныс экранын әзірледі
Гендік инженерияның көмегі көп
Ғалымның сөзіне сүйенсек, саңырауқұлақтар геномында ерекше ферменттерді синтездеуге арналған "нұсқаулар" бар. Олар целлюлоза макромолекулаларын қысқа тізбектерге бөлуге қабілетті.
"Саңырауқұлақтар целлюлоза деген ферменттің көмегімен целлюлозадағы глюкозаны энергия көзі ретінде пайдалана алады. Демек, целлюлоза деген фермент туралы ақпарат генде жазылған. Мысалы, солардың бірі – Lentinula edodes, Aspergillus niger деген целлюлотикалық саңырауқұлақтар. Біз жоба бойынша осы саңырауқұлақтардан генді бөліп аламыз. Saccharomyces cerevisiae деген нан немесе спирт өндірісінде пайдаланылатын ашытқы клеткалары болады. Миллиондаған жылдар бойы осы технология өзгерген жоқ. Бірақ бұл микроағзалар целлюлозаны энергия көзі ретінде тұтына алмайды. Біз осы ашытқы клеткаларына целлюлоза ферментін өндіруге қажетті гендерді енгіземіз. Нәтижесінде рекомбинантты немесе генетикалық модификацияланған ашытқы клеткалары пайда болады. Міне, осы микроағзалар арқылы шөп, дәнді дақылдардан қалған сабан немесе ағаш үгінділерінен этанол ала аламыз", – дейді Амангелді Қуанбайұлы.
Нарықтық қатынас заңдылықтарын ескерер болсақ, кез келген өнімнің сапасынан бөлек, бағасы да маңызды рөлге ие. ҚазҰУ ғалымдары жасап отырған жоба бойынша шикізат көзі ретінде қалдықтар пайдаланылғандықтан, оның өзіндік құны да өте төмен болады.
"Біздің зертханада қазір төрт түрлі штамм жасалған. Әрине, бұл жерде целлюлозаны толық ыдырату үшін бір ғана фермент жеткіліксіз. Кем дегенде төрт фермент қажет, демек, төрт түрлі генді енгізуге тура келеді. Әрі генде жазылған ақпараттардың жүзеге асырылуын реттеп отыратын элементтер қажет болады. Целлюлозаның ыдырауынан целлобиоза деген зат пайда болады. Ол жасушаның ішіне енуі үшін тасымалдаушы қажет. Бір сөзбен айтқанда, бұл өте күрделі технология", – деп сөзін түйіндеді Амангелді Бисенбаев.
Қорыта айтқанда, экологияны жақсарту үшін ғылым да, оған қызмет етіп жүрген ғалымдар да өз міндетін орындап отыр. Ендігі жұмыс елдің жанар-жағармай саясатын реформалауға қауқарлы азаматтардың еншісінде.
Кәмила Дүйсен,
Дереккөз: әл-Фараби атындағы ҚазҰУ ресми сайты
