БС является уникальным растением с большим биологическим потенциалом. Это холодостойкая культура с высокой приспособляемостью к климатическим условиям, коротким периодом вегетации, приспособляемостью к короткому световому дню, повышенной радиации и гипоксии. Это двулетнее монокарпическое растение, которое в первый год образует розетку листьев, а на второй год цветет и дает семена. Корневая система БС достигает 2 м в глубину, благодаря этому он хорошо добывает влагу и питательные вещества. Одно растение может давать до 100 тыс. семян, которые могут сохранять всхожесть в почве до 12–15 лет, что также затрудняет эффективную борьбу с этим растением.
В настоящее время уже известны и разработаны различные технологии, которые позволяют экономически выгодно перерабатывать БС в различные полезные продукты и материалы, которые будут рассмотрены в этой статье.
Производство биоэтанола из БС включает в себя ряд последовательных технологических операций:
1) предварительная обработка сырья: сбор, измельчение и получение сока двух-, трехкратным прессованием;
2) добавление дрожжей Sarcharomyces cerevisiae, которые за счет ферментов инвертазы и зимазы превращают сахарозу вначале в глюкозу и фруктозу, а затем в этанол и СO2 . Процесс брожения занимает 3–5 дней;
3) дистилляция с получением спирта-сырца;
4) ректификация спирта-сырца с получением конечного продукта — биоэтанола.
Сырье лучше всего убирать в фазу бутонизации-цветения, когда содержание сахарозы в растении максимально до 17–31 %. Для сравнения: содержание сахара в сахарной свекле 24 %. Расчеты показали, что выход биоэтанола составляет 79–145 л/т [3].
Добавление этилового спирта к бензину позволяет уменьшить стоимость топлива и количество вредных выбросов. При производстве и сжигании 1 л биоэтанола в атмосферу попадает столько же СО2 , сколько до этого было поглощено теми же растениями в фотосинтезе. Такое топливо популярно в США и Бразилии, но там для этих целей используют специально выращиваемые сахарный тростник, сахарную свеклу и топинамбур. Эти культуры уступают борщевику по выходу биоэтанола, имеют высокую себестоимость за счет затрат на возделывание. Кроме того, в условиях продовольственного кризиса подобное использование пищевого сырья является этической проблемой.
Однако этанол из БС имеет низкое качество, неприятный запах, крепость не превышает 90 объемных процентов. Имеющиеся в нем примеси — это нерастворимые в воде соединения (кетоны, карбоновые кислоты), полифункциональные продукты, карбонильные соединения, эфиры. Решить эту проблему можно двухкратной простой перегонкой с последующей ректификацией и получить этиловый спирт, соответствующий требованиям ГОСТ Р 57251-2016 на пищевой этиловый спирт [1]. Кроме того, этиловый спирт широко применяется в парфюмерии, медицине, для производства органических веществ, таких как ди этиловый эфир, уксусная кислота, красители, является сырьем для получения бездымного пороха. Потребность в этаноле в мире ежегодно растет, и Россия могла бы обеспечивать им не только собственные нужды.
Из сока БС можно получать биобутанол. Биобутанол не вызывает коррозию двигателя, у него выше энергетическая ценность, чем у биоэтанола.
Добавление к соку актиномицетов, выделяющих энзимы, позволяет получать биомицин (антибиотик) и витамин В12.
Технология получения сахара из БС мало отличается от аналогичной из традиционных сахароносных культур. Особенно перспективным это может быть для северных регионов, где климатические условия не позволяют возделывать сахароносы. В России производится более 6 млн т свекловичного сахара в год. За счет получения сахара из БС можно было бы сократить посевные площади под сахарной свеклой в южных регионах, так как урожайность его значительно выше, и таким образом снизить нагрузку на окружающую среду. Сахарные заводы, перерабатывающие сахарную свеклу, летом простаивают из-за отсутствия сырья. Переработка БС в это время позволила бы увеличить рентабельность производства. Россия только в 2019 г. экспортировала более 200 тыс. т сахара в страны СНГ: Казахстан, Азербайджан. Объемы этих поставок можно было бы увеличить и получать дополнительную прибыль.