СодержаниеСОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………3
1. Биологические виды энергии……………………………...……………5
2. Тканевое дыхание и биологическое окисление………….……………7
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………...11
ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………13ВведениеСегодня в мире продолжают развиваться явления, нарушающие цивилизованное течение жизни: исчерпываются традиционные источники энергии, растет стоимость их добычи, интенсивно загрязняется окружающая среда, разрушается биосфера, образовывается чрезмерное количество органических отходов промышленного, сельскохозяйственного и бытового происхождения. Ликвидация всех этих проблем должна осуществляться ускоренными темпами, иначе человечество неминуемо ожидает судьба вымерших динозавров.
Биоэнергетика — это выбор, имеющий глобальную перспективу для дальнейшего успешного развития цивилизации. Преодоление современных и предотвращение вероятных экологических кризисов невозможно без применения новейших экобиотехнологий для очистки сточных вод, биосорбции тяжелых металлов из стоков, обезвреживания опасных газовых выбросов, обогащения воздуха кислородом, использование перспективных средств обезвреживания твердых и жидких промышленных отходов, биодеградации нефтяных загрязнений в почве и воде, биодеградации химических пестицидов и инсектицидов, повышения эффективности методов биологического восстановления загрязненных почв, замены ряда агрохимикатов на биотехнологические препараты и т.д. Важными направлениями также должны стать разработка экобиотехнологий, направленных на производство биогаза и водорода из органических отходов, микробиологическая деструкция ксенобиотиков, применение биоиндикации и биотестирования в системе экологического мониторинга.
Первая фундаментальная особенность биоэнергетики состоит в том, что все живые объекты являются термодинамически открытыми системами, которые успешно функционируют только при условии постоянного обмена веществом и энергией с окружающей средой. Термодинамика таких систем существенным образом отличается от классической. Они становятся принципиально способными к самоорганизации и самоусовершенствованию.
Вторая чрезвычайно важная особенность биоэнергетики связана с тем, что обменные процессы в клетках происходят при условии отсутствия значительных колебаний температуры, давления и объема. Природа, в отличие от техники, не могла себе позволить высокие температуры, давление и прочие условия, наличествующие в современных двигателях внутреннего сгорания и аналогичных тепловых машинах. Переход энергии химической связи в полезную биологическую работу в отдельной клетке или в организме вцелом происходит без преобразования химической энергии в тепловую.
И наконец, необходимо подчеркнуть, что в процессах преобразования энергии в живых объектах широко присутствуют электрохимические стадии. Совокупная мощность электрохимических процессов, происходящих в клетках всех живых организмов биосферы, на много порядков превышает мировые масштабы технического использования электрохимической энергии.ЗаключениеОдним из основных результатов развития биоэнергетики в последние десятилетия является установление сходства энергетических процессов во всем живом мире — от микроорганизмов до человека. Одинаковыми для растительного и животного мира оказались и вещества, в которых энергия аккумулируется, и процессы, с помощью которых подобное аккумулирование осуществляется. Такое же сходство обнаружено и в процессах использования аккумулированной в этих веществах энергии. Технические и биологические системы преобразования химической энергии в электрическую тоже принципиально сходны. Различия существуют только в деталях. При создании технических электрохимических систем обычно не возникает особых проблем с изоляцией, поскольку они окружены диэлектрической средой — воздухом. Кроме того, в технических устройствах в качестве электродов и проводников используются металлы с высокой электропроводностью. В отличие от этого, живая природа создала свои электрохимические устройства в недиэлектрической среде — растворе электролита. К тому же, в ее распоряжении не было металлических проводников. Поэтому «биологическая электрохимия» является как бы прямой противоположностью обычной для нас «технической электрохимии». В этом случае не электронный проводник, а электролитная фаза распределяется на два объема. Изолирующим слоем между ними служит тонкая пленка — клеточная мембрана. Разница потенциалов в такой системе генерируется между разделенными мембраной объемами электролита.
Особое внимание стоит обратить на системы энергоустановок, способные с помощью микроорганизмов превращать непосредственно энергию химических связей органических молекул в электрическую. Эти процессы позволят миновать тепловую стадию, трансформировав свободную энергию сразу в электрическую. В результате энергия органических химических соединений будет использована наиболее эффективно, и при этом окружающая среда не будет загрязняться лишним теплом. Такие технологии теоретически позволяют значительно снизить уровень потребления органического топлива, не уменьшая при этом уровень энергопотребления. Некоторые современные экспериментальные разработки биотопливных элементов продемонстрировали довольно высокую частоту тока на электроде (до 50 м/см2) и мощность (более 1кВт), хотя они еще не доведены до того состояния, чтобы их можно было широко внедрять в производство.
Недавно появились сообщения о возможности переработки органических соединений растительного происхождения для получения водорода, что, с точки зрения экологии, является идеальным топливом, имеющим высокую теплообразовательную способность (12,8 кДж/м3) и сгорающим без образования каких-либо вредных примесей. Существуют фототрофные бактерии, способные выделять водород под действием света. Пока они работают достаточно медленно. Но в них заложены природой такие биохимические механизмы и содержатся такие ферменты, которые позволяют катализировать образование водорода из воды. Некоторые ферменты параллельно с водородом образовывают и кислород, то есть происходит фотолиз воды. Примером может служить система, включающая хлоропласты или хлорофилл и фермент гидрогенеза. Хотя это направление пока не дало практических результатов, оно довольно перспективно для дальнейшего развития биоэнергетики.Литература1. Биохимия. Под ред. Северина Е.С. – Изд-во «ГЭОТАР - МЕД», 2003 г., 779 стр.
2. Кнорре Д.Г.,Мызина С.Д., Биологическая химия Учеб. для хим., биол. и мед. спец. вузов 3-е изд.,испр. – М: «Высшая школа», 2003 г., 479 стр.
3. Марри Р., Греннер Д., Мейес П. и др., Биохимия человека: Пер. с англ. – Изд-во «Мир», 2004 г., 381 стр.
4. Шапиро Я.С., Биологическая химия. Учеб. пособие. – Изд-во «ЭЛБИ-СПб», 2004 г., 368 стр.
5. Щербаков В.Г., Лобанов В.Г., Прудникова Т.Н. и др., Биохимия. – Изд-во «Гиорд», 2003 г., 438 стр.
|
|
