Утилизация отходов способна служить неисчерпаемым источником получения «зеленой» энергии.
Мы продолжаем тему разработок ученых Университета Дулати в области зеленой экономики. Представляем вашему вниманию интервью с д.т.н. заведующим кафедрой «Прикладная информатика и программирования» ФИТАТ, профессором, руководителем проекта «Компьютерный контроль параметров, автоматизации управления метанового сбраживания органических отходов в биореакторах» Манатом Тлебаевым.
-Расскажите, почему вы решили заняться разработкой проекта в области зеленой экономики? Это ваш первый проект в данном направлении или до этого уже были разработки?
-В начале пути по разработке получения биогаза и ценного удобрения из возобновляемых отходов животноводства мы работали над проектами получения композиционных материалов из нановолокон и нанотрубок. Участвую в грантовом финансировании МОН РК, получили два проекта. Совместно с РХТУ им. Менделеева получили нанотрубки методом каталитического пиролиза метана в реакторе. Однако нанотрубки получились очень дорогие и поэтому мы решили использовать сырье отходов фосфорного производства. Также получили грантовый проект на разработку технологии получения нанотрубок из выбрасываемого в атмосферу отработанного и особо опасного продукта дыма из фосфорных печей (по данной тематики защитили 3 диссертации на получения степени кандидата технических наук Тасуов Б, Тасжурекова Ж.). Но, руководители завода, при получении положительных результатов, решили газ, обогащенный метаном, подавать вместе с природным на агломерацию шихты. Нам пришлось искать другое сырье, в 2006 году в Алматы стихийно на окраинах города появлялись свалки, которые естественно загрязняли окружающую среду. Но при этом органическая часть данных свалок являлось хорошим сырьем для метанового сбраживания в биореакторе, что позволило утилизировать и перерабатывать его на метан (по этой тематики в 2010 году защитили 2 диссертации на получения степени кандидата технических наук Абдувалова А.Д.). Однако выход концентрации метана в биогазе было невысоким, и сама технология переработки твердых бытовых отходов со свалки была трудоемкой и затратной (расчет и выращивание микроорганизмов для сбраживания в биореакторе и т. д.). Далее, нам удается выиграть два гранта финансируемых Всемирным Банком развития. Следуя дальше в этом направлении, мы натолкнулись на то, что в навозе крупнорогатого скота имеются весь симбиоз бактерий, разлагающийся на четырех стадиях сырье для получения метана. Из, полученных остатков после анаэробного сбраживания в биореакторе получается ценное органическое удобрение. К тому же биогазовые технологии анаэробного сбраживания дополнительно утилизируют ежедневно возобновляющейся навоз, складируемый возле ферм. Из Стратегической Программы исследований по биоэнергетике принятой в Москве 2018 г. следует определение «Возобновляемая энергия - энергия, получаемая из возобновляемых ресурсов, которые быстро восстанавливаются естественным путем, таких как солнечный свет, ветер, приливы и отливы, волны, геотермальное тепло, различные виды биомассы и др. Наблюдается усиление тренда на использование органических отходов - производственных и бытовых. Утилизация отходов направлена, прежде всего, на решение экологических проблем, но одновременно способна служить неисчерпаемым источником получения «зеленой» энергии. Основная биоресурсная база для данных технологий: древесина, органические отходы агропромышленного комплекса и лесного промышленного комплекса. В зависимости от состояния перерабатываемого субстрата (сухой/твердой или влажной/жидкой органической биомассы) технологии энергетической утилизации отходов можно разделить на две основные группы: 1 - технологии термохимической конверсии (пиролиза и газификации) - высокотемпературной переработки сухой/твердой биомассы; 2 -технологии биохимической (биологической) конверсии - анаэробного сбраживания (ферментации) влажной/жидкой отходов». Думаю, что это и есть основание и актуальность для развития биогазовых технологий для получения «зеленой» энергии (метан, электричество, тепло) и одновременно биоудобрения. Нельзя снимать со счетов и экологические факторы, которые не менее актуальны.
-На ваш взгляд, насколько актуально внедрение зеленой экономики в нашей области, стране?
-В Казахстане внедрение зеленой экономики в основном направлены на получение солнечной и ветровой энергии. Выделяются средства на грантовое финансирование именно в этих направлениях. Однако не стоит забывать о том, что развитие животноводство является основным фактором продовольственной независимости нашей страны. Цены на молоко, мясо и яйца повышаются из года в год. Правительство принимает меры путем развития личных подсобных хозяйств, сельхозкооперативов и фермерских хозяйств мясного и молочного направления. Выделяются огромные средства, на которые закупают скот и птицу. Число животных и птиц растет как в нашей области, так и в стране. Выделяемые пастбища не могут принять такое количество скота. Скот вынуждены держать в стойловом режиме в пристройках. Это порождает горы ежедневно возрастающих отходов, никто их не утилизирует, и они вывозятся за пределы населенных пунктов, негативно влияют на окружающую среду. На животноводческих фермах КРС страны при подстилочном содержании животных ежегодно образуется около 0,6 млрд. тонн навоза, загрязняя почву и воды гельминтинами, болезнетворными микроорганизмами и семенами сорных растений. Думаю, Правительству и курирующим Министерствам необходимо пересмотреть развитие животноводства старым методом и перейти к зеленой экономике. Среди которых - метод переработки навоза в анаэробных условиях с помощью биогазовых установок с одновременным получением горючего газа метана и жидкого органического удобрения. Он является одним из факторов устойчивого развития личных подсобных хозяйств, крестьянских хозяйств, фермерских хозяйств и СПК. Биоустановка для личных подсобных хозяйств и крестьянских фермерских хозяйств должна быть малогабаритной и включать емкость для приготовления субстрата (вода и навоз КРС), насосы для загрузки субстрата в биореактор, биореактор с гомогенизатором, УОС, модуль для очистки биогаза от вредных примесей, газгольдер, теплообменник для поддержания температуры субстрата в биореакторах, система автоматического управления и регулирования технологическим процессом и систему трубопроводов для подключения газа к бытовым приборам (электростанция, газовые горелки и т.д.).
-В современных реалиях автоматизация, робототехника, IT-технологии - во всех сферах жизнедеятельности человека. А вот насколько они гармонируют с зеленой экономикой? Есть ли точки соприкосновения, то, что объединяет?
-На кафедре «Прикладная информатика и программирование» разработана и получена лицензия на ОП «Агроинформатика». Образовательная программа нацелена на подготовку высококвалифицированных бакалавров – специалистов в цифровизации АПК. Они занимаются информатизацией сельского хозяйства, создают специализированные информационные системы и сопровождение электронных ресурсов агропромышленного комплекса Казахстана, направленные на анализ данных и прогнозирование эффективности использования природных ресурсов, экологизацию пастбищных земель возле населенного пункта для выгула скота ЛПХ, К/Х, создание электронных карт полей, геоинформационных систем, внедрение технологии точечного земледелия, проектирование цифровых датчиков, решение основных задач в АПК, решаемые с помощью компьютерного моделирования. Навыки компьютерного моделирования в агропромышленном комплексе, также эффективное решения научно-технических проблем в АПК. Организация современных баз данных, BigDate, математические модели и понятия баз данных, реляционная модель представления данных, методы проектирования баз данных, современные технологии обработки данных. Построение модели предметной области и создание соответствующей ей базы данных, организация обработки информации в базе данных, обеспечение целостности базы данных. Работы с конкретной БД: создание, редактирование, удаление основных объектов базы данных; реализации основных функций, необходимых для решения поставленной задачи, в создании приложений для работы с базой данных. Работа с современными case-средствами проектирования баз данных. Выпускники программы смогут работать в современных компаниях, занимающихся разработкой цифровизации АПК, разработкой летательных аппаратов с точной локацией территории и опрыскиванием полей, информатизацией сельского хозяйства, геоинформационных систем, технологии точечного земледелия, проектирование цифровых датчиков, для управления сельскохозяйственным оборудованием, дистанционным беспроводным управлением сельхозтехники на обработке полей без трактористов (роботами), внедрением и сопровождением современных баз данных, BigDate. Все вышеизложенное можно отнести к автоматизации, робототехнике, IT-технологии, где показано насколько они гармонируют с зеленой экономикой.
-Расскажите подробней о проекте. Цели, актуальность проекта? Кто работает в команде? Есть ли партнеры?
-В период 30.04.2017г. - 30.04.2019г. Крестъянское хозяйство «Акжар» и ТарГУ им. М.Х.Дулати заключили договор о выполнении НИР по теме «Компьютерный контроль параметров, автоматизация управления метанового сбраживания органических отходов в биореакторах» на сумму 2 млн. (два миллиона) тенге. В Казахстане проблема утилизации отходов животноводческих комплексов является актуальной. Поэтому важным вопросом является поиск эффективных технологических решений для переработки отходов животноводства крестьянских фермерских хозяйств для производства биогаза, энергии и органических удобрений. Данная работа предусматривает производства биоудобрений и биогаза путем метанового сбраживания органических отходов в биореакторах на территории К/Х «Акжар», который специализируется на производстве молока и обладает необходимой ресурсной базой (50 и более голов КРС) для устойчивой работы БГУ. Целью проекта является снижение уровня антропогенной нагрузки на окружающую среду от ежедневного отхода животноводства за счет разработки непрерывной технологии утилизации методом трехступенчатого температурного режима метанового сбраживания в биореакторах с получением метана для заправки автомобилей и органоминеральных удобрений для подкормки растений теплицы. В команде работают ведущие преподаватели кафедры «Прикладная информатика и программирование», ответственный исполнитель магистр, аспирант КГУ им.Арабаева Тажиева Р.Н., исполнители к.п.н., доцент Муратова Г.И., аспиранты КГУ им.Арабаева Айтбаева З.К., Байжарикова, М.А. Бейшен Е.М., Исаев С.М. Партнером проекта является КГУ имени И.Арабаева кафедра «Прикладная информатика», заведующий кафедрой д.ф-м.н., профессор, академик ИА КР Бийбосунов Б.И., руководитель аспирантов нашей кафедры Айтбаевой З.К., Байжариковой М.А. и Тажиевой Р.Н. В этом году Айтбаева З.К. защитила кандидатскую диссертацию по теме «Автоматизация и управление кавитационной деструкцией отходов животноводства для интенсификации анаэробного сбраживания», тема диссертации Байжариковой М.А. «Компьютерный контроль параметров, автоматизация управления трехступенчатым процессом метанового сбраживания органических отходов в биореакторах».
-На какой стадии находятся исследования и что уже сделано? Где проводится исследовательская работа, испытания?
-По результатом научно-технических и опытно-конструкторских работ в К/Х «Акжар» внедрены биогазовые технологии получения метана и жидких биоудобрений в трехступенчатой биогазовой установке с устройством обработки отходов животноводства: кавитационным деспергатором; измельчителем – мацератором и гетероторным насосом. По данной технологии получены два патента на полезную модель «Способ переработки органических отходов», удостоверение автора №103151, «Способ интенсификации метанового сбраживания и биогазовый комплекс для его осуществления» №5340. По итогам НИР была сформулирована математическая модель функционирования трехступенчатой биогазовой установки, опубликована в журнале с импакт-фактором Journal of Pharmaceutical Sciences and Reserch по теме «Математическое исследование ускоренного трехступенчатого процесса сбраживания субстрата в биореакторах». После окончания срока для государственного учета инициативного проекта: «Компьютерный контроль параметров, автоматизация управления метанового сбраживания органических отходов в биореакторах», М.Б. Тлебаева, Г.И.Муратовой, Р.Н.Тажиевой, З.К.Айтбаевой, М.А. Байжариковой отчет отправлен в АО «Национальный центр Государственной научно-технической экспертизы». На кафедре имеются научно-образовательный центр цифровизации и экологических технологий, три филиала кафедры «Казфосфат», «IT-GIZMET», СПК «Бирлик –Туймекент», производственная площадка в К/Х «Акжар».
-Что даст внедрение разработки в производство?
-Прежде всего, экологические аспекты затем получения метана из него нанотрубки и т.д. В ходе научно-исследовательской работы был изучен вариант использования биогаза как альтернативного источника энергии и рассмотрен принцип работы биогазовой установки и биогазового комплекса в целом. По результатам исследования можно утвердить, что эффективность использования биогаза очень высока. Биогаз в качестве альтернативного источника энергии имеет большой потенциал для развития не только на уровне сельского хозяйства, но и для всей страны. Биоудобрения – органическое сырье, имеющее все элементы необходимые для увеличения урожайности на полях земледелия. Остаточный шлам, насыщенный витаминами после метанового сбраживания обеззараживается и его можно использовать для подкормки животных. Создана модель малогабаритной экспериментально-исследовательской установки для предварительной подготовки и очистки биогаза с целью получения высококонцентрированного метана с адсорбционным методом, с целью коммерциализации в фермерских хозяйствах и, в особенности на отгонных пастбищах, где нет никакой инфраструктуры. Метан после очистки, возможно, применять для газового оборудования автомобилей, получения нанотрубок и просто использовать наряду с природным в быту.
-Насколько эффективно использования высококлассного мощного программного обеспечения для управления и контроля рабочего процесса?
-На кафедре «Прикладная информатика и программирование» разработана аспирантами, магистрами и бакалаврами автоматизированная система управления технологическим процессом предварительной подготовки биогаза и интенсификация процесса получения биогаза, включающая узлы подготовки субстрата, с помощью кавитации, диспергирования и гомогенизации, на базе специализированного электронного контроллера с прикладным программным обеспечением. Разработан программный продукт для компьютерного контроля процесса получения биогаза в биогазовом комплексе в интегрированной среде TRACCE MODE с использованием промышленных языков программирования. Данная научно - исследовательская работа подлежит внедрению в фермерские и другие хозяйства АПК.
-Спасибо за интервью.
МЕДИА-СЛУЖБА