Опыт Белгородской области: биогаз и биоудобрения

В Белгородской области активно развиваются животноводство и птицеводство. Актуальную проблему утилизации отходов этих отраслей в регионе решили инновационными методами: здесь органические отходы применяют для производства биогаза, электрической и тепловой энергии, биоудобрений, создавая основу для принципиально нового, высокорентабельного сельхозпроизводства.

Сегодня Белгородская область занимает одну из ведущих позиций по производству сельскохозяйственной продукции в стране, ее по праву называют «мясной столицей России». Но есть и оборотная сторона медали: в области интенсивно развиваются птицеводства и животноводство, в результате чего ежегодно образуется свыше 1020 тыс. тонн навоза крупного рогатого скота, 1800 тыс. кубометров свиноводческих стоков, более 1100 тыс. тонн куриного помета. Проблема утилизации отходов этих отраслей является одной из самых актуальных.

Навоз и помет - эффективные органические удобрения, внесение которых в почву способствует возвращению в нее части органического вещества, отчуждаемого с урожаем и более интенсивному накоплению гумусовых веществ. Однако применение с этой целью экскрементов животных и птицы без предварительной обработки недопустимо.

Их можно перерабатывать и утилизировать различными методами, но в области нашли способы не только избавляться от отходов, но и извлекать из них максимальную пользу. Здесь в рамках программы биологизации земледелия активно внедряются биологические методы переработки отходов животноводческих комплексов, приоритетными среди них являются компостирование (см. №4 за 2013 г. журнала «Ресурсосберегающее земледелие») и биогазовые технологии.

Биогазовые установки

Во всем мире биоэнергоустановки с экологически замкнутым циклом конверсии газов (биогазовые установки) используются для выработки электрической и тепловой энергии, а также производства биологических удобрений. В качестве сырья для переработки используются отходы животноводства и растениеводства, а в основу биогазовых технологий заложены микробиологические процессы.

Принцип работы биогазовой установки заключается в утилизации отходов растительного и животного происхождения с помощью анаэробных микроорганизмов. Все компоненты подаются в приемные резервуары. После смешивания сырье поступает в ферментаторы через теплообменники, находящиеся в насосной станции. Под воздействием бактерий и микробов происходит процесс ферментации, в результате которого вырабатывается биогаз - горючая смесь газов. По трубопроводам он подается в резервуары дображивания. В эти же резервуары подается смесь компонентов из ферментаторов. Здесь завершается процесс ферментации, газ через систему охлаждения и очистки поступает в блочную ТЭЦ, где вырабатываются электроэнергия и тепло, а продукт ферментации (биологические удобрения) — в хранилище удобрений. Таким образом, в результате технологического цикла образуются биогаз и биологические удобрения. Количество биогаза зависит от состава субстратов и содержания в них органических веществ. В среднем из1 м3 биогаза производится от 2 до 4 кВт электроэнергии. В результате очистки из биогаза можно получить биометан, который является полным аналогом природного газа.

Также с помощью биогазовых установок решается проблема сокращения выбросов парниковых газов. Процесс переработки органических отходов в биогаз позволяет предотвратить выброс в атмосферу метана. Известно, что метан в 20 раз сильнее влияет на парниковый эффект, чем углекислый газ, и находится в атмосфере порядка 12 лет. По оценке специалистов, производимых АПК Белгородской области отходов – сырья для биогазовых установок - более чем достаточно для самообеспечения производства и всей инфраструктуры животноводческих и птицеводческих комплексов региона энергией и теплом: из суммарных отходов возможна выработка биогаза в количестве более 500 тыс. куб. метров в сутки. А также для получения собственных высококачественных удобрений, в том числе органобактериальных, способных обеспечить получение высоких урожаев, восстановить урожайность почвы.

Согласно «Концепции развития биоэнергетики и биотехнологий в Белгородской области на 2009 – 2012 годы» и долгосрочной целевой программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности Белгородской области на 2010 – 2015 годы и целевые показатели на период до 2020 года» при поддержке правительства области в регионе были построены две станции по производству биогаза. В декабре 2011 г. была запущена в эксплуатацию пилотная биогазовая установка «Байцуры» мощностью 0,5 МВт вблизи действующего свинокомплекса на 16 тыс. голов в Борисовском районе Белгородской области. Эта установка стала первой промышленной биогазовой станцией в России на объектах АПК, прошедшей все сертификационные процедуры, выдающая в сеть «зеленую электрическую энергию». В качестве субстратов здесь используют стоки свинокомплекса и кукурузный силос. Так как содержание сухого вещества в стоках очень низкое (около 1%), перед ферментацией их сепарируют. Объем перерабатываемых отходов свинокомплекса составляет 106 м3 в сутки, силосной массы – 21 тонна в сутки; выработка биогаза – 1918 тыс. м3 в год.

Самым эффективным из реализованных на сегодняшний день проектов биогазовой энергетики является биогазовая станция «Лучки», мощностью 2,4 МВт - крупнейшая промышленная установка в нашей стране. За год биогазовая станция перерабатывает более 70 тыс. тонн сырья и вырабатывает: 19,6 млн кВт*ч электроэнергии; 18,2 тыс. Гкал тепловой энергии; 66,8 тыс. м³ органических биоудобений. Биогазовая станция была построена компанией «АльтЭнерго» в Прохоровском районе Белгородской области, рядом с объектами основных поставщиков сырья (стоков, отходов животноводства) для выработки биогаза: ООО «МПЗ Агро-Белогорье», ООО «Селекционно-генетический Центр».

Биогазовая установка «Лучки» перерабатывает отходы агропромышленного комплекса, производя из них биогаз и органические удобрения. А из биогаза в свою очередь вырабатывается электрическая и тепловая электроэнергия. Ежедневно из 200 тонн отходов здесь вырабатывается около 57 тысяч киловатт-часов электроэнергии. Такого объема электроэнергии достаточно, к примеру, для обеспечения суточных нужд жителей всего Прохоровского района, в котором расположена биогазовая установка.

Большая часть произведенной «зеленой» энергии передается в электросеть потребителям региона. Небольшая часть энергии идет на собственные нужды компании. Например, именно на «зеленой» энергии работает расположенная в Прохоровском районе первая в области зарядная станция для электромобилей. Тепловая энергия расходуется на отопление производственных помещений и реактора установки. В целом за год биогазовая станция перерабатывает более 70 тыс. тонн сырья и вырабатывает: 19,6 млн кВт*ч электроэнергии; 18,2 тыс. Гкал тепловой энергии; 66,8 тыс. м³ органических биоудобений. В настоящее время в России нет аналогов производства электрической и тепловой энергии на основе биогаза в таких масштабах.

Удобрения из отходов

Особого внимания заслуживают вырабатываемые биогазовыми станциями удобрения, поскольку в дальнейшем использование этих удобрений предполагается в рамках реализации программы по биологизации земледелия в регионе. Биореакторы (ферментаторы), перерабатывающие органические отходы, позволяют получать в виде шлама высокоэффективные биологические удобрения – эффлюент.

Благодаря своим качествам эффлюент может с успехом применяться в качестве экологически чистого удобрения, что позволит снизить применение их химических аналогов, а значит, уменьшить негативное воздействие на почву и грунтовые воды. Эффлюент богат азотом, фосфором и калием. По сравнению с минеральными удобрениями, которые усваиваются растениями на 35-50%, а остальное сохраняется в виде нитратов, биоудобрения усваиваются почти на 100%, при этом, содержание нитратов в продуктах сводится к минимуму. Как показывают результаты исследований, биоудобрения, полученные в биогазовых установках, в несколько раз превышают органических удобрений (стоки, перегной, помет, торф) по таким показателям, как:

• высокий коэффициент усвояемости растениями;
• отсутствие семян сорняков, приводящих к потере урожая;
• отсутствие патогенной микрофлоры;
• наличие активной микрофлоры, способствующей интенсивному росту растений;
• отсутствие адаптационного периода для эффективного воздействия;
• стойкость к вымыванию из почвы питательных элементов;
• максимальное сохранение и накопление азота;
• экологическое влияние на почву (гумификация).

В холдинге «ГК Агро-Белогорье» была проведена серьезная исследовательская работа в рамках специально созданной агролаборатории по изучению влияния биологических удобрений на состояние почвы и урожайность выращиваемых сельскохозяйственных культур. Эффективность биоудобрений значительно превосходит традиционно применяемую органику. Изучение эффективности применения биоудобрений было проведено в 2012-2013 году в агролаборатории, под которую в Прохоровском районе отвели 140 га земли. Работа по оценке влияния органических удобрений на состав почвы и будущую урожайность проводилась при участии специалистов агрохолдинга, выделившего землю под агролабораторию, и ФГУ «Центр агрохимической службы «Белгородский».

Эксперимент проводили на опытном поле в 54 га. Половину отвели под сою, другую – под кукурузу. В августе 2012 года на экспериментальные участки был внесен эффлюент, полученный в результате анаэробной переработки биологических отходов в ферментаторах биогазовой станции «Лучки». Чтобы определить оптимальную норму внесения, участки под каждую из культур были поделены на 9 частей по 3 га. Объем внесенной органики варьировался от 0 до 120 м3/га. Весной 2013 года на участках произвели посев культур. Осенью, собрав урожай сои и кукурузы, растениеводы сняли показатели с каждой из делянок. Результаты сравнили с урожайностью, полученной на контрольном поле, подкормленном традиционными минеральными удобрениями. По результатам уборки сои наибольшая эффективность эффлюента зафиксирована при внесении 70 м3/га (прибавка урожая составила 4,5 ц/га). При уборке кукурузы на зерно лучший результат дал участок с максимальной дозой удобрения – 120 м3 /га (прибавка - 28, 1 ц/га). На протяжении всего эксперимента агрономическая служба «ГК Агро-Белогорье» анализировала качественный состав почвы по ряду различных показателей, вела наблюдение за ростом и развитием растений, определяя продуктивность органических удобрений. Результаты опытов позволили определить экономическую эффективность биоудобрений и рассчитать оптимальную норму их внесения. Предполагается, что эффлюент может стать достойной альтернативой минеральным удобрениям, которые в последнее время всё больше подвергаются критике за свою дороговизну и истощающее влияние на почву при многолетнем использовании.

По мнению директора по растениеводству и животноводству ООО «ГК Агро-Белогорье» Николая Разуваева, для получения более объективных результатов необходимо продолжать эксперимент в течение еще нескольких лет, увеличив при этом вариативность применения эффлюента. В целом же, по словам Разуваева, применение удобрений, полученных от биогазовых станций, весьма перспективно.

По результатам проведенных опытов будут разработаны рекомендации по применению органики при выращивании этих культур в дочерних структурах холдинга. Благодаря этому с учетом примерных норм и рекомендуемой периодичности внесения органики «ГК Агро-Белогорье» в скором будущем сможет без ущерба для урожайности выращиваемых культур полностью отказаться от минеральных удобрений на площади в 4,5 тыс. гектаров. Также применение биоудобрений благотворно скажется на плодородии почв в долгосрочной перспективе, что является одной из задач программы биологического земледелия.

Энергия ветра и солнца

Кроме биогазовых установок в Белгородской области имеется уникальный опыт получения энергии из альтернативных источников. Первыми в стране здесь запустили ветрогенераторы (ветроэлектрические установки) и солнечные батареи. Выработка электрической и тепловой энергии на основе солнца и ветра - высоко востребованное и активно развивающееся направление в современной электроэнергетике. Как известно, сегодня во многих странах (Германия, США, Австралия, Китай и др.) активно используют энергию ветра, посредством привычных для многих западных стран ветряков, а также солнечную энергию. Принцип действия ветрогенераторов заключается в преобразовании кинетической энергии ветра в электрическую. Ветер раскручивает лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор в свою очередь вырабатывает электрическую энергию, которая подается на контроллер, где преобразуется до нормативных показателей частоты и напряжения. Основное отличие от традиционных тепловых и атомных источников энергии заключается в полном отсутствии какого бы то ни было сырья и отходов.

Не требуют расхода каких-либо материалов и солнечные батареи. Солнечные батареи представляют собой несколько объединенных фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) - полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. В богатых солнечным светом странах с жарким летом и мягкой зимой (ученые называют их «страны с высокой инсоляцией»), таких как Италия, Испания, Португалия, южные штаты США и т.д. солнечная энергетика является заметной статьей экономии средств на электро- и теплоснабжение. Несмотря на свои преимущества и экологическую безопасность, в России альтернативные способы получения электрической энергии до недавнего времени не получали развития.

Первые в Белгородской области объекты по выработке альтернативной энергии – ветрогенераторы и солнечные батареи заработали в августе 2010 года в Яковлевском районе области. Уникальный проект по получению энергии от солнца и ветра был реализован в рамках региональной программы энергосбережения компанией «АльтЭнерго», входящей в состав холдинга «ГК Агро-Белогорье». По расчетам специалистов, срок окупаемости проекта по альтернативной энергетике составляет примерно пять лет.

Компания установила солнечные батареи двух типов: поликристаллические и аморфные. Поликристаллические солнечные батареи состоят из распиленного на пластины полупроводникового кремния. При попадании на их поверхность солнечного света в устройстве начинается движение электронов, вырабатывается постоянный электрический ток, который затем преобразуется в переменный. В устройствах аморфного типа полупроводники в вакууме расщепляются на мельчайшие частицы, и воздействие света становится наиболее интенсивным, поэтому аморфные источники обладают высокой производительностью и могут работать при плохих погодных условиях и слабой освещенности. Расположенные рядом ветрогенераторы и солнечные батареи удачно дополняют друг друга: при ясной погоде активно работают солнечные панели, а когда погода портится и поднимается ветер — большая часть производимой энергии приходится на ветрогенераторы.

Сегодня эти альтернативные источнике энергии работают в промышленном масштабе с производительностью в 133,4 тыс. кВт/ч в год. Электроэнергия, выработанная ветрогенераторами и солнечными батареями, поступает в сети филиала ОАО «МРСК Центра» — «Белгородэнерго», а затем распределяется между потребителями. Сегодня Белгородская область достигла значительных успехов в сфере развития и внедрения «зеленых» технологий. Не случайно на Всемирном энергетическом конгрессе (World Energy Congress), который проходил в г. Тэгу (Южная Корея) в октябре 2013 г., Белгородская область была признана лидером в сфере внедрения «зеленой» энергетики. Надо отметить, что столь внушительных результатов отрасль достигла во многом благодаря поддержке регионального правительства. В области был создан Совет по развитию малой энергетики, утверждена долгосрочная целевая программа «Развитие возобновляемых источников энергии в Белгородской области на 2013–2015 год и целевые показатели до 2020 года». Научную и программную основу под развитие безотходных, экологически чистых технологий в области формирует созданный в начале 2012 г. Белгородский институт альтернативной энергетики. В рамках работы института была разработана «Концепция развития энергосбережения на основе использования возобновляемых источников энергии». Результатом реализации концепции должно стать введение в эксплуатацию 223,3 МВт мощностей к 2020 году. Это позволит не только обеспечить потребности большей части населения области в электрической и тепло энергии, но и создаст 10 тысяч новых рабочих мест, преимущественно в сельской местности.

Опыт белгородцев в отрасли «зеленой энергетики» уникален, вполне логично желание тиражировать его по всей стране. Однако, по мнению экспертов, реализация этих планов осложняется наличием серьезных пробелов в нормативно-законодательной базе и низким уровнем поддержки на федеральном уровне. Мировой опыт развития альтернативной энергетики показывает, что без такой помощи отрасль встать на ноги не сможет. Очевидно, что нашей стране нужна последовательная государственная политика, которая при наличии соответствующей нормативно-правовой базы позволит обеспечить более благоприятный инвестиционный климат в отрасли биоэнергетики, будет способствовать ее интенсивному развитию.

Опубликовано в издании: Ресурсосберегающее земледелие 1(21)/2014