بیوتکنولوژی مهندسی شیمی دنیای امروز
● مقدمه
بانگاهی به دنیای امروز شاید بتوان آن را به نوعی دنیای بحرانها نامید. بحرانهای سیاسی، اجتماعی، اقتصادی، جمعیت ، زیست محیطی، تامین غذا برای جمعیتی كه یك سوم آن در زیر خط فقر زندگی می كنند، آب ، انرژی ، و… .
خوشبختانه این مسائل كاملاّ آشكار است و مورد توجه جهانیان قرار داشته و شاید با بیانی بهتر امروزه مورد توجه قرار گرفته است.به طوریكه هر روزه می توان شاهد برگزاری سمینارهای منطقه ای و بین المللی با هدف بررسی این مسائل و پیشنهاد راه حل برای آنها باشیم. هدف از این گفتار نه بررسی تخصصی و كامل این بحرانهاست و نه ارائه راه حل برای آنها، بلكه هدف از این بحث بررسی اجمالی نقش علوم و به ویژه بیوتكنولوژی و مهندسی شیمی در تأثیر گذاری و بر طرف كردن آنها می باشد. در این راستا ابتدا به تعریف این دو شاخه تخصصی در حد امكان پرداخته، ویژگی های آنها را مورد برررسی قرار می دهیم و در نهایت نقش هر یك از آنها در تعالی بخشیدن به اهداف دیگری مورد بحث قرار خواهد گرفت.
● مهندسی شیمی ، توانایی ها و كاربرها
برای مهندسی شیمی به عنوان یكی از رشته های فنی كاربردی ، كه امروزه گسترش فراوانی پیدا كرده است، از سوی ارگانهای گوناگون تعاریف مختلفی ارائه شده كه در زیر به بعضی از آنها اشاره می شود.
انجمن مهندسین شیمی آمریكا مهندسی شیمی را به صورت زیر تعریف كرده است: «مهندسی شیمی عبارتست از كاربرد اصول علوم فیزیكی همراه با مبانی اقتصادی و روابط انسانی در زمینه هایی كه مستقیماّ به فرآیندها و دستگاههای لازمه مربوط می باشند و در آنها ماده به منظور تغییر در حالت، تركیب یا مقدار انرژی تحت عمل قرار داده شود.»
همچنین تعرف ستاد انقلاب فرهنگی ایران از مهندسی شیمی به صورت زیر می باشد:
«فن كاربرد علوم پایه در جهت پیاده نمودن فرآیندهای شیمیایی و فیزیكی در مقیاس صنعتی .»
بنابراین و با توجه به تعاریف فوق ، مهندسی شیمی را می توان تلفیقی از علوم گوناگون مانند ریاضی، شیمی و فیزیك دانست كه با در نظر گرفتن فاكتورهای اقتصادی، تولید صنعتی یك فرآورده از طریق فرآیند های شیمیایی و فیزیكی در مقیاس زیاد را طراحی و رهبری می كند.
▪ با نگاهی دقیق تر می توان ویژگی ها و تواناییهای موجود در مهندسی شیمی را به طور خلاصه به صورت زیر دسته بندی كرد:
- شناخت و بررسی فرآیندهای فیزیكی و شیمیایی متوالی در مسیر تولید.
- طراحی سیستمها و دستگاههای مورد نیاز در این مسیر.
- بهینه كردن سیستم از نظر اقتصادی و كیفیت فرآورده ها و ..
به نظر می آید كه با توانایی های بالا، مهندسی شیمی می تواند كاربردهای فراوانی در عرصه های صنعتی و در زمینه های گوناگون داشته باشد. و حقیقت نیز چنین بوده و مهندسی شیمی كاربردهای بسیار زیادی در موارد مختلف دارد.
▪ از جمله این كاربردها می توان به موارد زیر اشاره كرد:
- صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
- صنایع شیمیایی( رنگ، مواد شوینده و …)
- صنایع كانی غیر فلزی (سیمان، گچ، شیشه، سرامیك و …)
- صنایع سلولزی (كاغذ،مقوا، چوب)
- صنایع غذایی و دارویی
- صنایع فرآوری چرم و پوست
- تصفیه آب و پساب و…
باوجود كاربردهای فراوان مهندسی شیمی ، این رشته همواره در حال بسط و توسعه بوده و هر روزه افقهای جدیدتری در پیش روی این رشته قرار می گیرد.یكی از جدیدترین زمینه های به وجود آمده، مهندسی بیوتكنولوژی می باشدكه در قسمت بعد این گفتار به بحث مورد این زمینه جدید علمی- تكنولوژیكی می پردازیم.
● بیوتكنولوژی ، عرصه ای نو
صحبت درباره بیوتكنولوژی و شناخت آن به عنوان یك عرصه هر چند جوان اما گسترده علم، نیازمند بحث طولانی و دقیق می باشد كه در صورت امكان و در فرصتهای بعد به آن پرداخته خواهد شد. در اینجا صرفاّ با بیان تعاریفی از آن و بحث اجمالی در باره توانایی های آن سعی می شود به نقش مهندسی شیمی در این عرصه و همچنین نقش بیوتكنولوژی به عنوان یكی از زمینه های اصلی مهندسی شیمی در آینده نه چندان دور پرداخته شود و این دو رشته تخصصی در تعامل با یكدیگر مورد بررسی قرارگیرند.
بیو تكنولوژی (Biotechnology) ، یك كلمه مركب است كه از دو كلمهBio و Technology تشكیل شده است. Bio به معنای حیات به كارمی رود.برای Technolgy نیز تعارف گوناگونی وجود دارد از جمله:«تكنولوژی ، عالیترین دستاورد عینیت و ذهنیت بشری است.» و یا «تكنولوژی ، تبلور كار انسان در ابزا ر است.»
در جستجوی تعریف بیوتكنولوژی به سادگی می توان به تعارف بالا مراجعه كرده و به صورت خلاصه ترجمه زیر را برای لغت بیوتكنولوژی ارائه داد: « صنایع زیستی »
اما صنایع زیستی به چه معناست و چه كاربردها و چه توانایی هایی دارد؟ به این منظور به چند تعریف گوناگون كه برای این عرصه علمی ارائه شده است اشاره می شود:
«بیوتكنولوژی یا صنایع زیستی عبارت از مجوعه فنونی است كه با یاری گرفتن از جانداران به ویژه میكروبها و تك سلولها( سلولهای جانوری، گیاهی ، انگلها، باكتریها، قارچهاو مخمرها) محصولات متنوعی در ارتباط با علوم پزشكی ، كشاورزی و صنایع تولید می كند.»
با توجه به اینكه بحث حاضر مربوط به ارتباط بین بیوتكنولوژی و مهندسی شیمی است بیش از این در مورد جزئیات فراوانی كه در بیوتكنولوژی می تواند مطرح شود از جمله: چرایی بیوتكنولوژی ، علت توجه روز افزون به آن، علت استفاده از موجودات زنده و مسائل بیشمار دیگر بحث نكرده وبه مساله اصلی پرداخته می شود.
▪ بدین منظور ابتدا به صوت اجمالی به كاربردها و ویژگی ها بیوتكنولوژی می پردازیم:
- تولید فرآورده های غذایی
- تولید آنزیم های گوناگون با كاربرد در صنایع غذایی و دارویی
- تولید انرژی
- تولید فرآورده های ویژه دارویی ( آنتی بیوتیكها و پروتئینها) كه از طرق عادی امكان تولید آنها میسر نیست.
- تصفیه بیولوژیكی آبهای آلوده و پسابها
- استخراج فلزات و مواد كانی ارزشمند و…
همان طور كه مشخص است، بیوتكنولوژی به مانند مهندسی شیمی دارای كاربردهای فراوان و اكثراّ در زمینه هایی مشترك با آن می باشد .
از این طریق می توان به ارتباط موجود بین این دو رشته پی برد. هدف این دو تخصص در نهایت تولید یك فرآورده است. تفاوت در اینجاست كه در مهندسی شیمی كلاسیك، موجودات زنده نقشی نداشته و در مهندسی بیوتكنولوژی، این موجودات نقش اساسی دارند. بدین ترتیب می توان بیوتكنولوژی را به عنوان مسیر ارتباطی بین تكنولوژی بدون حیات به تكنولوژی وابسته به حیات معرفی كرد.
«بیوتكنولوژی بكار گیری فرآیندها و تبدیلات بیولوژیكی در مقیاس صنعتی جهت تولید مواد بیوشیمیایی یا تسهیل تولید فرآورده های مختلف می باشد.»
تا اینجا با تعریف بیوتكنولوژی به ارتباط دو رشته تخصصی مهندسی شیمی و بیوتكنولوژی به صورت اجمالی پرداخته شد در قسمت بعد به نقش مهندسی شیمی در بیوتكنولوژی پرداخته می شود.
یك ماده در فرایندهای بیوتكنولوژی نیز به مانند هر فرآورده دیگر مستلزم گذشتن از مراحل گوناگونی می باشد. مانند مرحله پژوهش آزمایشگاهی و تحقیقاتی، تولید یك ماده در آزمایشگاه، تولید نیمه صنعتی یك فرآورده و بررسی فاكتورهای عملیاتی و اقتصادی و درنهایت تولید صنعتی. به غیر از مرحله اول كه مربوط به متخصصان علوم زیستی مانند زیست شناسی، میكروب شناسی بیوشیمی و مهندسی ژنتیك است، در قسمتهای بعدی كه مربوط به كارهای صنعتی است، نیازمبرم به مهندسی شیمی و تخصص آن احساس می شود.
طراحی فرآیندها و دستگاههای لازم در فرآیند بیولوژیكی كه توانایی ایجاد شرایط برای تولید بهینه از نظر اقتصادی و كیفی داشته باشد از وظایف اصلی یك مهندس شیمی مسلط به اصول بیوتكنولوژی می باشد. همچنین طراحی فرآیندهایی مانند جداسازی و خالص سازی از وظایف اصلی یك مهندس شیمی می باشد و اینها همه بیانگر نقش اساسی مهندسی شیمی در تولید فرآورده های بیولوژیكی می باشد.
بحث در این مورد به صورت خاص بسیار طولانی و تخصصی می تواند باشد كه از حوصله این گفتار خارج است و در فرصتهای بعدی تا حد امكان به آن پرداخته خواهد شد.
در نهایت و به عنوان نتیجه بحث می توان چنین بیان داشت كه مهندسی بیوتكنولوژی با توجه به قابلیتهای فراوانی كه دارد از جمله پائین بودن هزینه های تولید در آن، عدم ایجاد آلودگی و همچنین امكان ایجاد در نقاط مختلف كره زمین این قابلیت را دارد كه بعضی بحرانهای موجود در دنیای امروز را تا حدودی برطرف كند و یا از بین ببرد.
