Проект издательского дома «МедиаПро»
Получать дайджест новостей

Статьи

Назад к списку статей
Экология

Внедрение биотехнологий в промышленность: шаг в будущее

Биотехнология — одно из важнейших направлений научно-технического прогресса, быстро развивающаяся отрасль науки и производства, основанная на промышленном применении естественных и целенаправленно созданных живых систем (прежде всего микроорганизмов).

С П Р А В К А
Биотехнология — применение науки и технологии к живым организмам, как к областям, продуктам и моделям, с целью преобразовать живые или неживые материалы для производства знания, продукции или услуг соответственно (п. 3.1.4 ГОСТ Р 57095–2016 «Биотехнологии. Термины и определения», утвержденного приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 сентября 2016 года № 1180-ст).

Одним из важнейших условий успеха инновационного развития России в глобальной конкуренции является развитие биотехнологий наряду с информационными технологиями и нанотехнологиями.

Биотехнология представляет собой пограничную между биологией и техникой научную дисциплину и сферу практики, изучающую пути и методы изменения окружающей человека природной среды в соответствии с его потребностями.

Таким образом, биотехнология (технология живых систем) — это дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач и создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии, и производственное использование биологических структур (микроорганизмы, растительные и животные клетки, клеточные компоненты, биологические макромолекулы) в целях получения пищевых и промышленных продуктов для осуществления целевых превращений.

Любой биотехнологический процесс и биотехнологию в целом можно представить в виде схемы (схема 1).

Схема 1
Составляющие биотехнологического процесса

В результате преобразования живых или неживых материалов получают биотехнологическую продукцию — продукцию или услугу, получение которой требует использования одной или более биотехнологических методик, включая интеллектуальные результаты (технические ноу-хау), полученные в результате биотехнологических исследований и разработок.

Согласно ГОСТ Р 57079–2016 «Биотехнологии. Классификация биотехнологической продукции», утвержденному приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 сентября 2016 года № 1160-ст, в качестве биотехнологической продукции могут выступать некоторые продукты и услуги.

1. Материальные продукты, являющиеся, как правило, альтернативой продуктам, полученным синтетическим путем (например, каротиноиды, аминокислоты, витамины, биопластики и т. д.), либо образующие новый вид натуральных продуктов (например, биоколлекции, генбанки и т. д.) или их компоненты (например, ферменты кормовые, программное обеспечение (биоинформационный анализ) и т. д.).

2. Полупродукты, являющиеся сырьем для различных видов промышленности: химической (например, низкомолекулярные органические соединения для органического синтеза), фармацевтической (например, субстанции антибиотиков), пищевой (например, стартовые культуры и закваски) и др.

3. Услуги, например, в области диагностики биообъектов (возбудителей заболеваний растений, животных, человека; генетических признаков ценных свойств представителей флоры и фауны, их типирование) или природоохранной деятельности и рационального природопользования (биомониторинг).

По оценкам Правительства Российской Федерации, сфера биотехнологий пока не получила достаточного импульса для развития в России (за исключением биофармацевтики), хотя ее важность для развития экономики страны трудно переоценить. Без массового внедрения биотехнологий и биотехнологических продуктов невозможна модернизация технологической базы современного промышленного производства. Для целого ряда отраслей (агропищевой сектор, лесной сектор, ряд подотраслей химической и нефтехимической промышленности, фармацевтической отрасли и биомедицинского сектора здравоохранения) модернизация и будет означать переход на биотехнологические методы и продукты.

Потребителями продукции биотехнологии являются преимущественно высокоразвитые страны: США, Канада, Япония и Европейский Союз. Однако такие развивающиеся страны, как Китай, Индия, Бразилия также реализуют масштабные программы развития биотехнологий.

С П Р А В К А
Мировой рынок биотехнологий в 2025 году достигнет уровня в 2 трил. долларов США, темпы роста по отдельным сегментам рынка колеблются от 5–7 до 30 % ежегодно. Доля России на рынке биотехнологий составляет на сегодняшний день менее 0,1 %, а по ряду сегментов (биоразлагаемые материалы, биотопливо) практически равна нулю.

Классификация биотехнологий

В мире принята «цветовая» классификация биотехнологии.

1. «Красная» биотехнология — биотехнология, связанная с обеспечением здоровья человека и потенциальной коррекцией его генома, а также с производством биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов, антител).

2. «Зеленая» биотехнология — разработка, создание и внедрение генетически модифицированных растений в агрокультуру. Определяет современные методы ведения сельского и лесного хозяйства.

3. «Белая» биотехнология — промышленная биотехнология, объединяющая производство биотоплива, ферментов и биоматериалов для различных отраслей промышленности, в частности, пищевой, химической и нефтеперерабатывающей.

4. «Серая» биотехнология связана с природоохранной деятельностью.

5. «Синяя» биотехнология связана с использованием морских организмов и сырьевых ресурсов.

Требования законодательства относительно развития биотехнологий

Политика Российской Федерации в биотехнологическом секторе экономики определена в стратегическом документе — Комплексной программе развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года, утвержденной Председателем Правительства Российской Федерации 24 апреля 2012 года № 1853п–П8 (далее — Комплексная программа).

Цели:

1. Выход России на лидирующие позиции в области разработки биотехнологий, в том числе по отдельным направлениям биомедицины, агробиотехнологий, промышленной биотехнологии и биоэнергетики, и создание глобально конкурентоспособного сектора биоэкономики, который наряду с наноиндустрией и информационными технологиями должен стать основой модернизации и построения постиндустриальной экономики. Эта цель определена в Комплексной программе в качестве стратегической цели.
2. К 2015 году:
• развитие внутреннего спроса и экспорта биотехнологической продукции;
• создание производственно-технологической базы для формирования новых подотраслей промышленности, способных в долгосрочной перспективе заменить существенную часть продуктов, производимых методом химического синтеза, продуктами биологического синтеза;
• создание технологической и опытно-промышленной базы для формирования биотопливной промышленности.
3. К 2020 году:
• создание институциональных условий для проведения глубокой модернизации технологической базы соответствующих отраслей промышленности за счет массового внедрения в производство методов и продуктов биотехнологий;
• интеграция научно-технологического сектора России в международную систему производства знаний с выходом на опережающее развитие научного потенциала, ориентированного на создание знаний и технологий, способных наряду с нанотехнологиями и информационными технологиями обеспечить модернизацию промышленного сектора.

Задачи:

1. Создание инфраструктуры развития биотехнологии в России.
2. Формирование и реализация приоритетных инновационных и инвестиционных проектов в биотехнологии.
3. Широкомасштабное развертывание биоиндустрии в регионах России по всем секторам биотехнологии.
4. Поддержка развития науки о жизни и физико-химической биологии.
5. Создание современных образовательных программ и системы подготовки кадров в области биотехнологии.
6. Сохранение и развитие биоресурсного потенциала Российской Федерации как основы биоиндустрии.
7. Решение актуальных социально-экономических, энергетических, экологических и других проблем страны методами и средствами биотехнологии.
8. Интеграция отечественной биотехнологии в мировую биоэкономику.
9. Совершенствование правовой, экономической, информационной и организационной базы для развития биотехнологии.

Ожидаемые результаты:

1. Увеличение в 8,3 раза объема потребления биотехнологической продукции в Российской Федерации.
2. Увеличение объема производства биотехнологической продукции в Российской Федерации в 33 раза.
3. Сокращение доли импорта в потреблении биотехнологической продукции на 50 %.
4. Увеличение доли экспорта в производстве биотехнологической продукции более чем в 25 раз.
5. Выход на уровень производства биотехнологической продукции в России в размере около 1 % ВВП к 2020 году и создание условий для достижения сектором объемов не менее 3 % ВВП к 2030 году.
6. В сфере медицинского обслуживания за счет широкого распространения новых методов диагностики и практики персонализированной медицины резко возрастет результативность лечения.
7. В сфере экологии будут созданы эффективные методы ликвидации загрязнений и предотвращения вредного антропогенного воздействия на окружающую среду.
8. В сфере сельского хозяйства внедрение биотехнологий будет способствовать повышению продовольственной безопасности страны.
9. Развитие сферы биоэнергетики будет содействовать появлению новых доступных источников энергии.
Реализация Комплексной программы приведет к значимым социальным эффектам (схема 2).

Схема 2
Существенные изменения в различных сферах деятельности


 

В качестве приоритетных направлений развития биотехнологий в Комплексной программе выделены следующие:
• биофармацевтика и биомедицина;
• промышленная биотехнология и биоэнергетика;
• сельскохозяйственная и пищевая биотехнология;
• лесная биотехнология;
• природоохранная (экологическая) биотехнология;
• морская биотехнология.

Этапы реализации стратегической цели Комплексной программы

Реализация стратегической цели Комплексной программы включает два этапа (схема 3).

Схема 3
Этапы реализации Комплексной программы

 

Сейчас Россия находится на втором этапе реализации стратегической цели. Согласно Комплексной программе цель II этапа развития биоэкономики в Российской Федерации заключается в формировании институциональных условий для проведения глубокой модернизации технологической базы соответствующих отраслей промышленности за счет массового внедрения в производство методов и продуктов биотехнологий. Необходима интеграция научно-технологического сектора России в международную систему производства знаний с выходом на опережающее развитие научного потенциала, ориентированного на создание знаний и технологий, способных обеспечить модернизацию промышленного сектора.

Для достижения цели II этапа в соответствии с Комплексной программой должен быть решен комплекс задач.

1. Формирование производственно-технологической базы по всем основным видам продукции промышленной биотехнологии.   

2. Создание промышленной базы развития биоэнергетики, включая производство электроэнергии и тепла из биомассы, производство биотоплива.  

3. Создание комплексной междисциплинарной системы исследований и разработок, глубоко интегрированной в международную технологическую среду.  

4. Совершенствование механизмов поддержки малого инновационного предпринимательства, направленного на вовлечение потенциала научных организаций в создание и производство новых биотехнологических продуктов.

На II этапе реализации Комплексной программы будет создана технологическая и промышленная база для новых рынков (прежде всего, в промышленной биотехнологии, лесоперерабатывающем секторе и производстве биотоплива), объем потребления биотехнологической продукции возрастет в 2,5 раза, экспорт продукции вырастет в 5 раз.
С целью развития внутреннего спроса, производства и экспорта биотехнологической продукции, а также формирования институциональных условий для проведения глубокой модернизации технологической базы промышленности за счет массового внедрения в производство методов и продуктов биотехнологий Правительство Российской Федерации распоряжением от 28 февраля 2018 года № 337-р утвердило План мероприятий («дорожная карта») «Развитие биотехнологий и генной инженерии» на 2018–2020 годы (далее — План мероприятий). В указанном документе планируется дальнейшее развитие производственного потенциала и кооперации в сфере биомедицины и биофармацевтики, сельскохозяйственных и промышленных биотехнологий, биоэнергетики, лесных и экологических биотехнологий, генной инженерии, а также определены мероприятия, сроки их исполнения и ответственные исполнители для оценки хода реализации плана.

Промышленная биотехнология и биоэнергетика

Промышленная биотехнология является практической ветвью биотехнологии, которая осуществляет широкомасштабное производство биопродуктов по всем секторам биотехнологии (медицинскому, пищевому, сельскохозяйственному, энергетическому, экологическому и др.).

Основой создания широкого многообразия биопродуктов является биологический синтез, который позволяет создавать новые продукты с заданными свойствами. Это относится как к традиционным областям (продукты питания для человека, корма для животных и так далее), так и к принципиально новым (производство биополимеров, производство биоразлагаемых продуктов, биотопливо). Как отмечено в Комплексной программе, этот сектор является в настоящий момент мощным двигателем развития биотехнологической промышленности в мире. Общественное внимание приковано к проблеме биотоплива, однако она не является определяющей для развития мировой биотехнологической промышленности. Современное положение дел таково, что именно прогресс в технологиях промышленного производства продукции тонкой химии и биополимеров является основным стимулом для создания крупных производств по переработке возобновляемой биомассы, в первую очередь целлюлозосодержащего сырья.

С П Р А В К А
Биотопливо — топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, путем переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои и других зерновых культур и их отходов. Различают жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания — этанол, биодизель), твердое (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).

Согласно Плану мероприятий объем производства продукции на основе промышленных биотехнологий в 2020 году должен составить 14,8 млрд рублей (возрасти на 1,9 млрд рублей по сравнению с 2018 годом).

Технологии получения в промышленных масштабах энергии из различных видов возобновляемого сырья биологического происхождения (жидкого, твердого и газообразного биотоплива) имеет важное значение для экономики России, поскольку сокращает ее зависимость от невозобновляемых источников энергии в условиях исчерпания потенциала энерго-сырьевого сценария развития экономики. В частности, как отмечено в Энергетической стратегия России на период до 2030 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 года № 1715-р, (далее — Энергетическая стратегия) одной из основных проблем в сфере энергетической безопасности России является монозависимость российской экономики и энергетики от природного газа, доля которого в структуре внутреннего потребления топливно-энергетических ресурсов составляет около 53 %.

С П Р А В К А
Биоэнергетика — сфера деятельности по обеспечению энергетических потребностей человека, основанная на принципах или ресурсах живой природы, направленная на сохранение естественного энергетического и материального баланса окружающей природной среды.

Поэтому в Энергетической стратегии одним из приоритетных направлений научно-технического прогресса является расширение производства и использования новых видов топлива, получаемых из различных видов биомассы.

Однако на сегодняшний день в России, как указано в Комплексной программе, биоэнерегетическая отрасль пока не получила развития, адекватного современным условиям развития мировой экономики и требованиям экологичности. В настоящее время стоит задача поэтапного создания новых технологических подходов и развития производственной базы в биоэнергетике.

В рамках государственных программ Российской Федерации планируется разработка и осуществление комплексов мероприятий.

1. Производство электрической энергии и тепла из биомассы.
В рамках комплекса мероприятий будет осуществляться внедрение и развитие технологий производства тепла и электроэнергии из биомассы, включая технологии преобразования энергии, основанные на принципах живой природы (биотопливные элементы, бионакопители энергии, биодвижители и так далее).  

2. Поглощение (утилизация) эмиссии парниковых газов, образуемых в энергетических производственных циклах, промышленных и коммунальных стоков для интенсификации производства непищевой биомассы.
В рамках данного комплекса мероприятий планируется внедрение и развитие технологий, направленных на повышение коэффициентов использования топлива в энергетике, содействие достижению целей Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата, создание нормативно-правовых условий для стимулирования рынка экологически ориентированных энергетических технологий, например, развитие систем поглощения водорослями углекислого газа на крупных электростанциях и производство ценных продуктов с высокой добавленной стоимостью и энергоносителей по замкнутому энергетическому циклу.  

3. Предотвращение и ликвидация последствий вредного антропогенного воздействия на окружающую среду энергетической отраслью методами биоконверсии.
Внедрение и развитие технологий, направленных на исключение вредного антропогенного воздействия предприятиями топливно-энергетического комплекса на всех стадиях жизненного цикла энергетической продукции. Создание нормативно-правовых условий для стимулирования рынка экологически ориентированных энергетических технологий, например, обеспечение обязательного внедрения биоразлагаемых сорбентов для очистки поверхностных вод в системах хранения топлива.  

4. Биоэнергетическое машиностроение.
Развитие отрасли машиностроения, направленной на обеспечение мероприятий по биоэнергетике высокотехнологичными системами и оборудованием.  

5. Производство биотоплива и его компонентов из биомассы с заданными химмотологическими свойствами.
В рамках данного направления будет развиваться производство твердого, жидкого и газообразного биотоплива (в том числе биометана и биоводорода), а также биокомпонентов для топлива (присадки), произведенного из сырья ископаемого происхождения.

6. Промышленное производство непищевой биомассы для получения топливно-энергетических ресурсов, включая технологии селекции и методы биоинженерии.
Комплекс мероприятий по данному направлению включает проведение исследований, конструкторских разработок, внедрение и развитие технологий выращивания и переработки биомассы, в том числе генномодифицированной, включая вопросы обеспечения биологической безопасности.

7. Энергетическая утилизация отходов.
Одним из наиболее широко распространенных способов утилизации отходов в настоящее время является их использование для производства электрической и тепловой энергии. В рамках данного направления предполагается обеспечение условий для создания сети предприятий, расположенных в районах концентрации больших объемов промышленных отходов и организация переработки отходов в целях получения тепла и электроэнергии. Также предполагается решить вопросы, связанные с переработкой бытовых отходов.
Таким образом, одной из слагаемых успешного инновационного развития России является развитие биотехнологий. Необходимость их развития и внедрения обусловлена еще и тем, что за прошедшие 20 лет в мире созданы принципиально новые биотехнологии и продукты, а производство ранее известных существенно оптимизировано. Россия почти не участвует в этом процессе. В итоге более 80 % биотехнологической продукции, которая потребляется в России, является импортом, а объемы потребления биотехнологической продукции в России остаются несопоставимо низкими по сравнению как с развитыми, так и с развивающимися странами.

Источник: «Журнал главного инженера» №12, 2018
Статью подготовил эксперт: Смайльс Светлана, менеджер по развитию компании «Клариант»

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

Подписаться на рассылку