Инновации 2 Сентября 2021

Очистим Волгу от сине-зеленых

Тольяттинская компания «Биотехкомп» создала уникальную установку для переработки цианобактерий, или сине-зеленых водорослей, которая поможет уменьшить их негативное влияние на экологию и очистить Волгу. В процессе переработки водоросли преобразуются в полезные удобрения для сельского хозяйства и энергетическое сырье
Очистим Волгу от сине-зеленых
Для сбора сине-зеленых водорослей сотрудники компании «Биотехкомп» спроектировали и построили речное судно со специальным оборудованием и испытали технологию сбора цианобактерий на практике
«Биотехкомп»

На опытном производстве «Биотехкомпа» побывал губернатор Самарской области Дмитрий Азаров. Он осмотрел оборудование и обсудил с руководством компании планы по реализации проекта.

«Очевидно, что идея, над которой сегодня работает компания, имеет колоссальные перспективы, обладает важнейшим экологическим, социальным эффектом, эффектом для таких отраслей, как энергетика, переработка отходов, сельское хозяйство, — отметил губернатор. — Мультипликативный эффект в случае успеха реализации этого проекта может быть колоссальным. Проект имеет все основания сегодня рассматриваться как флагманский, инновационный всего региона, имеющий федеральное значение. Неслучайно мы представили этот проект секретарю Совета безопасности Николаю Платоновичу Патрушеву, у которого он вызвал большой интерес. После этого мы в течение двух месяцев ведем самую интенсивную проработку проекта с компанией».

magnifier.png «Питаясь всей этой гадостью, они ее уничтожают. Когда они живут, то выделяют кислород — и это вроде бы хорошо. Но когда начинают отмирать, то оседают на дно, выделяя метан и забирая при этом кислород, из-за чего и погибает рыба. Ей просто становится нечем дышать. Ниже по Волге проблема стоит еще острее, чем у нас»

При термофильном брожении водорослей в биореакторе помимо удобрений получается также биогаз (метан) в промышленных масштабах. Биогаз пригоден для получения тепла через сжигание газа в котле и для получения электроэнергии через газогенераторы. Переработка цианобактерий в будущем позволит одновременно с изготовлением органического удобрения производить биомасло — сырье для разных типов биотоплива и экологически чистых смазочных материалов. Таким образом, проект очистки Волги состоит сразу из трех перспективных направлений.

Специалистам «Биотехкомпа» теперь предстоит подтвердить свои научные исследования и разработки, а также завершить создание опытного образца полного цикла. Руководство Самарской области активно поддерживает разработчиков: на реализацию первого, опытного этапа будут выделены средства из бюджета. По словам главы региона, первый транш будет предоставлен уже в этом году.

Спасти Волгу

Компания «Биотехкомп» была создана в 2016 году, а в 2019-м стала резидентом технопарка «Жигулевская долина». Для сбора сине-зеленых водорослей сотрудники компании спроектировали и построили речное судно со специальным оборудованием и испытали технологию сбора цианобактерий на практике.


ЧИСТОВ.jpg
Генеральный директор ООО «Биотехкомп» Александр Чистов
«Биотехкомп»

О проблеме загрязнения Волги и путях ее решения «Стимулу» рассказал генеральный директор ООО «Биотехкомп» Александр Чистов. «Люди возвели гидроэлектростанции и перекрыли прямое течение воды, которое изначально было в природе, — пояснил руководитель компании. — На реке возникла целая сеть водохранилищ, которые в пойме перед ГЭС образуют, как у нас говорят, моря. В нашем случае, в Тольятти, это Жигулевское море с большим количеством тех мест, где мелко и практически нет течения — это наилучшие условия для активного размножения сине-зеленых водорослей. Им нужна прогретая вода».

Природа таким образом защищает себя от того, чтобы река не стала ядовитой. В процессе жизнедеятельности сине-зеленых водорослей идет переработка фосфатов, нитритов, жиров и прочих загрязнителей, которые находятся в воде в виде микрочастиц.

«То есть, питаясь всей этой гадостью, — говорит Александр Чистов, — они ее уничтожают. Когда они живут, то выделяют кислород — и это вроде бы хорошо. Но когда начинают отмирать, то оседают на дно, выделяя метан — природный газ — и забирая при этом кислород, из-за чего и погибает рыба. Ей просто становится нечем дышать. Ниже по Волге проблема стоит еще острее, чем у нас. В Цимлянском водохранилище уже практически природная катастрофа». На самом деле проблема стоит очень остро на всем протяжении Волги, от Ярославля и до самого Каспийского моря.

magnifier.png Самодвижущийся понтон грузоподъемностью четыре тонны с технологическим оборудованием на борту способен за 20 минут собирать тонну водорослей. При этом один кубометр сине-зеленых водорослей, переработанный по технологии термофильного и мезофильного сбраживания, дает на выходе 200 кубических метров биогаза и около 30 «зеленых» киловатт

Сначала «Биотехкомп» приобрел биореактор объемом 10 кубометров, и в итоге в первый год сделали один цикл переработки, получили удобрение и природный газ. Этот процесс происходит при переработке любой органики. Удобрение называется эффлюент, из него специалисты компании сделали линейку удобрений. Но поскольку цианобактерии можно собирать и перерабатывать всего два-три месяца в году, оборудование потом расположили в животноводческом комплексе. И когда не было водорослей, занимались переработкой навоза.

«Попользовавшись приобретенным биореактором, мы поняли, что нам нужно что-то другое, и создали свой реактор, который сейчас находится на испытаниях, — рассказывает Александр Чистов. — В его работу заложен немного другой принцип по сравнению с небольшими биореакторами, которые сейчас предлагаются на рынке: условно говоря, бочка с механизмами перемешивания внутри. А в нашем случае это секционно загружаемые отдельно стоящие бочки с возможностью проводить в них как мезофильную, так и термофильную реакцию. Если кто не знает, есть мезофильные виды микроорганизмов, которые лучше растут при температуре в пределах 20‒40 градусов Цельсия, и термофильные, им нужна более высокая температура, примерно от 40 до 70 градусов».

Сейчас реактор уже на 90% готов к запуску, осталась только автоматизация. В итоге устройство будет модульного характера, вмонтированное в морской контейнер, с возможностью переработки в нем одного кубометра или водорослей, или навоза, или любой другой органики — ее нужно только предварительно подготовить и заливать с добавкой воды.


БИОРЕАКТОРЫ.jpg
Биореактор, разработанный специалистами компании «Биотехкомп», представляет собой секционно загружаемые отдельно стоящие бочки с возможностью проводить в них как мезофильную, так и термофильную реакцию
«Биотехкомп»

Многофункциональный спасатель

Самодвижущийся понтон грузоподъемностью четыре тонны с технологическим оборудованием на борту способен за двадцать минут собрать тонну водорослей. При этом один кубометр сине-зеленых водорослей, переработанный по технологии термофильного и мезофильного сбраживания, дает на выходе 200 кубометров метана и около 30 «зеленых» киловатт.

Инженеры компании с самого начала заложили в конструкцию судна возможность выполнять несколько функций. При необходимости его можно применять для тушения пожаров, ликвидации чрезвычайных ситуаций и мониторинга экологической ситуации. Кроме того, судно может быть дополнительно оснащено блоком оборудования для сбора бытового мусора, скапливающегося на поверхности воды в бухтах и заливах.

magnifier.png Когда личинки становятся мухами и эти мухи умирают, получается хитин и хитозан, а также сами копролиты, которые они вырабатывают, все это — зоогумус. А зоогумус — это прекрасное удобрение с содержанием азота 9,3%, легко усваиваемое растениями

Благодаря такой универсальности небольшая группа малых речных судов способна решать разные по своей природе экологические и спасательные задачи. По предварительным оценкам, достаточно восьми универсальных судов, чтобы кардинально улучшить экологическую ситуацию в зоне речного порта и городских пляжей Куйбышевского водохранилища, а объем собранных цианобактерий позволил бы запустить производство органического удобрения и биомасла в промышленных масштабах.

«При проектировании судна сначала мы применяли насосы, но этот вариант нам не подошел, и сейчас мы переделываем систему на механический сбор, — рассказывает гендиректор “Биотехкомпа”. — Благодаря новому методу помимо водорослей мы сможем собирать еще и мусор, который будет попадаться по пути. А инновационность нашего изобретения в самом принципе сбора водорослей. На механизме будут использованы кисточкоподобные сегменты, которые позволят эту мелкодисперсную часть цеплять, как краску намазывают на кисточку, и доставлять в резервуар-накопитель на судне-сборщике».

По словам специалистов компании, одним судном проблему не решить, нужен мини-флот, который будет собирать водоросли, и суда для транспортировки. В разработке находится еще одно судно, которое будет забирать собранный груз и перевозить его на берег для дальнейшей переработки в биореакторах.


УДОБРЕНИЯ.jpg
Применение удобрений, полученных с помощью биореактора, способствует повышению урожая и защите растений от болезней и засухи. Удобрения, произведенные в процессе термофильного брожения сине-зеленых водорослей, улучшают структуру почвы и способствуют восстановлению обедненных земель
«Биотехкомп»

Идеальные удобрения

Переработка собранных в бассейнах рек сине-зеленых водорослей осуществляется с помощью группы специальных анаэробных бактерий в процессе термофильного брожения в биохимическом реакторе. Такая технология помогает построить энергоэффективный безотходный цикл производства удобрений.

В сотрудничестве с Самарской государственной сельскохозяйственной академией специалисты «Биотехкомпа» создают из переработанных водорослей новые образцы органических удобрений и веществ для восстановления почвы, тестируют их на разных сельскохозяйственных культурах. При этом важно, что удобрения, произведенные из водорослей, гарантированно не содержат нитратов, нитритов, патогенных организмов и семян сорняков.

Применение удобрений, полученных с помощью биореактора, способствует повышению урожая и защите растений от болезней и засухи. Удобрения, произведенные в процессе термофильного брожения сине-зеленых водорослей, улучшают структуру почвы и способствуют восстановлению обедненных земель.

Под воздействием дождей и сезонных разливов Волги каждый год часть удобрений неизбежно вымывается с полей вместе с почвой и попадает в реку. В результате минеральные удобрения постоянно ухудшают экологическое состояние Волги. При этом важно, что в отличие от минеральных удобрений органические удобрения, произведенные из водорослей, безопасны для водоемов.

«Помимо сбора цианобактерий мы сможем перерабатывать стоковые воды и илы, — говорит Александр Чистов. — То есть как раз то, что и вызывает рост сине-зеленых. Ведь при внесении минеральных удобрений на поля растение усваивает порядка семи процентов, а все остальное уходит в землю и с талыми водами, дождями через ручьи поступает в Волгу. И еще, когда мы собираем водоросли и вместе с ними мусор, эти органические отходы не попадают на свалки, то есть мы купируем и так называемый сейчас по-модному карбоновый след. Это потом тоже будем встраивать в экономику наших проектов».

В техцепочке переработки любых органических отходов задействовано еще и два живых организма. Сухую часть органических остатков из бытовых отходов перерабатывает личинка мухи львинки. И в результате получается несколько замечательных вещей. Первое — это сама личинка, при ее переработке на выходе — чистейший белок. Когда личинки становятся мухами и эти мухи умирают, получается хитин и хитозан, а также сами копролиты, которые они вырабатывают, все это — зоогумус. А зоогумус — это прекрасное удобрение с содержанием азота 9,3%, легко усваиваемое растениями. В природе органического удобрения с такой концентрацией азота вообще не существует.

magnifier.png Опытный образец биореактора уже создан, надо только сделать автоматизацию, по судосборщику осталось доделать механическую часть сбора. До конца года на эти доработки Фонд содействия инновациям должен выделить «Биотехкомпу» пять миллионов рублей

На этапе подготовки при отжиме органики получается сухой остаток, он уходит на переработку мухой львинкой, а жидкая фаза — на переработку в биореактор.

«После полного цикла в биореакторах на выходе мы получаем тоже сухой остаток, а жидкая фаза уходит на готовые удобрения в жидкой форме. А этот сухой остаток, получившийся при сепарации, мы перерабатываем дополнительно еще и червяком. Мы его называем “технический червяк”, их есть несколько видов, один из них называется “старатель” — это российские черви. Есть калифорнийские — это американский технический червяк. И еще латиноамериканские, у них название вообще трудно выговариваемое. И мы сейчас из трех выбираем, какой нам больше всего подойдет. Хотя все они великолепно занимаются переработкой. В итоге мы получаем на выходе биомассу червяка — это тоже белковая часть, которую можно в итоге сушить, делать из нее корма для животных и так далее. Точно так же, как и из мухи львинки. Эту биомассу можно использовать и для людей — разные добавки для наращивания мышечной массы».

Вещество, которое получается после переработки червяком, биогумус, — это практически чернозем, концентрированное сухое удобрение. Из него в «Биотехкомпе» планируют в будущем производить почвосмеси — маты, наполненные торфом и биогумусом. В «Биотехкомпе» говорят, что такого рода продукт вообще не делается в России, но он очень востребован, и компания намерена этот рынок занять.

«Мы готовы изготавливать наши биореакторы для мелких фермеров с возможностью переработки любых навозов — десятками и сотнями в месяц, — говорит Александр Чистов. — Ведь закон о переработке навозов уже принят несколько лет назад, то есть меч над фермерами занесли, но пока не опускают, потому что еще нет гибкого решения этого вопроса. И мы как раз создали такое решение. Оно модульное, мы предлагаем больший или меньший объем в зависимости от количества скота. Цена биореакторов будет достаточно доступной, и мы надеемся, что в дальнейшем государство, поддержав фермеров, даст возможность нам это производство запустить полномасштабно».

У фермеров появится возможность спокойно перерабатывать навоз, еще и получив при этом много полезных вещей — удобрения для растениеводства, электроэнергию и тепло для хозяйства и так далее. Многие фермеры даже и не знают, что такое может быть.

Обмен опытом

«Биотехкомп» уже почти четыре года тесно сотрудничает с Самарским государственным аграрным университетом. Сначала компания работала с инженерным факультетом. На базе этого факультета сделали аудиторию, где будут обучать технологии работы биореакторов, разработанных в «Биотехкомпе».

«Помимо инженерного факультета мы еще стали сотрудничать с агрономическим факультетом, — рассказывает Александр Чистов. — Одна из наших разработок связана с тем, чтобы вообще не использовать на полях минеральные удобрения. Это технология дражирования семян, мы ее уже три года воплощаем в жизнь, получаем очень хорошие результаты, показатели увеличения урожайности — до 33 процентов без применения минеральных удобрений. В любом случае человечество придет к тому, чтобы переходить на какие-то новые технологии, чтобы снизить использование минеральных удобрений и при этом сохранить плодородие почв. Без органики тут никак не обойтись».


ТАБЛИЦА.jpg
Еще одним продуктом работы биореактора, как уже было сказано, является биогаз (метан). Из одного кубометра собранных сине-зеленых водорослей возможно получить до 200 кубометров метана
«Биотехкомп»

Энергоемкие водоросли

Эксплуатация биохимического реактора в процессе термофильного брожения сине-зеленых водорослей в будущем позволит кроме органического удобрения для сельского хозяйства получать одновременно биомасло — сырье для биотоплива и экологически чистых смазочных материалов. На основе биомасла можно производить два вида биотоплива: биодизель четвертого поколения для наземного транспорта и сельхозтехники и биокеросин для авиационных двигателей.

Благодаря энергии, производимой с помощью биотоплива, выбросы углекислого газа в атмосферу снижаются на 90% по сравнению с использованием традиционных ископаемых видов топлива. Применение биотоплива собственного изготовления позволяет добиться автономности и высокой энергоэффективности производства. После развертывания производства биотоплива группа малых речных судов для очистки Волги и грузовая техника, перевозящая собранные цианобактерии от причала к месту переработки, будут работать на биодизеле четвертого поколения.

magnifier.png «Интересно, что при переработке одного куба навоза получается 20 кубов природного газа, куба сине-зеленых водорослей — 200 кубов газа, то есть в десять раз больше. А при переработке жиров получается 1300 кубов газа»

Еще одним продуктом работы биореактора, как уже было сказано, является биогаз (метан). Из одного кубометра собранных сине-зеленых водорослей возможно получить до 200 кубометров метана. Получение качественного биогаза в промышленных масштабах позволяет использовать его как топливо для сельхозтехники или как источник тепла и энергии для фермы.

«Интересно, что при переработке одного куба навоза получается 20 кубов природного газа, куба сине-зеленых водорослей — 200 кубов газа, то есть в десять раз больше. А при переработке жиров получается 1300 кубов газа», — говорит Александр Чистов.

Опытный образец биореактора уже создан, надо только сделать автоматизацию, по судосборщику осталось доделать механическую часть сбора. До конца года на эти доработки Фонд содействия инновациям должен выделить «Биотехкомпу» пять миллионов рублей. И уже в следующем году в компании будут полностью готовы выйти на воду и показать в миниатюре полный техпроцесс.

Темы: Инновации

Еще по теме:
23.09.2021
Российские ученые и хирурги проводят клинические испытания уникального прибора для лечения рака костей. Комплекс локальн...
22.09.2021
Выход проекта Starlink из стадии бета-версии, который уже не раз откладывался, может состояться в октябре
16.09.2021
Ярославская компания АМТ — один из лидеров в производстве и продаже строительных 3D-принтеров — приступила к строительст...
14.09.2021
Совместный проект ПАО «НК “Роснефть”» и негосударственного института развития «Иннопрактика» по разработке микробного пр...
Наверх