Обзоры и прогнозы

Протеиновые корма из биогаза навозных отходов 10.09.2018

Протеиновые корма из биогаза навозных отходов

А. Винаров, доктор техн. наук, профессор ■ vinarov@hotmail.com

Одним из важнейших компонентов кормов для сельскохозяйственных животных и птицы является протеин — белок, содержащий набор незаменимых для роста и развития животных аминокислот. Учитывая незначительное количество протеина в растительных кормах, в рацион животных вводят различные протеиновые добавки, включая такие дорогостоящие, как мясокостная и рыбная мука, которые содержат в среднем 55–65% сырого протеина.

Многолетний опыт использования в качестве протеиновой добавки микробиологического белка, получаемого из различных источников сырья (н-парафины, спирты, природный газ), показал его высокую эффективность при добавлении в корма различных животных и птицы [1]. Однако с закрытием крупнотоннажных биозаводов, выпускавших до 1 млн тонн микробиологического белка в год, существенно увеличился импорт белковых (аминокислотных) добавок, в частности из КНР [2]. В то же время разработанная отечественная биотехнология получения кормового белка (гаприна) из природного газа обеспечивала наиболее высокое содержание сырого протеина (70–75%) в получаемой бактериальной биомассе, рекомендованной к использованию в животноводстве в качестве компонента комбикормов и белково-витаминных добавок для свиней и крупного рогатого скота, в заменителях цельного молока для телят, в птицеводстве при выращивании цыплят-бройлеров и в рыбоводстве при прудовом разведении рыб с изготовлением из биомассы гранул [3]. Так, в частности, для крупного рогатого скота рекомендована добавка микробиологического белка от 10 до 20% по сырому протеину от суммарной его нормы в кормах, для свиней с живой массой более 40 кг рекомендовано до 20% от нормы сырого протеина в корме. К сожалению, после закрытия производства кормового белка из природного газа (гаприна), реализованного по биотехнологии института ВНИИСинтезбелок на Светлоярском ОПУ в период с 1985 по 1994 гг., новых биозаводов по этой технологии не было построено. К настоящему времени учеными института разработаны более эффективные и экономически оптимизированные технические решения по энергоэкономным промышленным биореакторам, по экологически оптимальной технологической схеме процесса получения гаприна.

Накопленный научно-технический потенциал и опыт промышленной эксплуатации первого крупнотоннажного производства белка из природного газа, а также развиваемые новые подходы к решению основных технических и технологических задач позволяют считать реальным создание на современной основе биохимзаводов мощностью от 30 до 100 тыс. тонн микробного белка в год, учитывая значительную потребность в протеине для кормов сельскохозяйственных животных, рыб и птицы. При высоком качестве получаемой на природном газе биомассы, содержащей полный набор незаменимых аминокислот, ее конкурентная цена составит около 75 тыс. руб. за тонну при существенно сниженной себестоимости за счет новых технических и технологических решений.

Однако строительство таких крупных биопроизводств требует значительных финансовых затрат, что подтверждается предложениями инофирм (Дания, США, Норвегия). В этой связи представляет определенный интерес вопрос создания минипроизводств на основе биогаза, получаемого при метановом сбраживании сельскохозяйственных отходов и в первую очередь навозных стоков от крупных ферм крупного рогатого скота и свиноводческих комплексов. 


Широко применяется типовой метод использования навоза в качестве удобрения, получаемого при компостировании, при этом навозные отходы складывают в кучи, где они под действием природных микроорганизмов медленно разлагаются. Но качество удобрения ухудшается: пропадает до 40% содержащегося в нем азота и немало фосфора. Навозные отходы от свиноферм для компостирования просто не годятся — они слишком жидкие, и их применение в качестве удобрений вызывает много вопросов.

В то же время известный метод метанового сбраживания навоза позволяет получать биогаз и переработанный (проферментированный) навоз в качестве удобрения. Благодаря выделению метана и углекислого газа оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увеличивается. Реакция получаемого органического удобрения — щелочная (рН 7,2–7,8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв. По сравнению с удобрением, получаемым из навоза обычным способом, урожайность увеличивается на 10–15%.

Технология метаногенеза и оборудование (метантенки и др.) для данного процесса широко используются во многих странах на агрокомплексах и отдельных фермах [4]. В большинстве случаев получаемый биогаз служит источником тепловой энергии и выработки электроэнергии для обслуживания собственных нужд фермы, а также используется для продажи. В нашей стране также накоплен достаточный опыт разработки и создания метановых установок [5]. Однако коммерческая выгода от продажи вырабатываемой из биогаза электроэнергии на сегодня достаточно проблематична. Кроме того, наличие содержания серы в биогазе (H2S) требует специального выбора конструкционных материалов для оборудования электростанции, что вместе с процессом очистки биогаза удорожает получаемую электроэнергию.

В то же время возможно техническое решение полезного использования биогаза как сырья для получения высокопротеиновой белковой добавки в корма на основе биотехнологии гаприна с учетом новых разработок (см. схему на стр. 7).

Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 имеет следующий усредненный состав (в %): метан — 65, углекислый газ — 34, сопутствующие газы — до 1 (в том числе сероводород — до 0,1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и технологии в пределах 55–70%. Метод очистки от серосодержащих примесей известен и эффективно применяется.

Углекислый газ после его извлечения из биогаза путем отмывки (в отличие от метана, он растворяется в воде) можно подавать в теплицы, где он служит «воздушным удобрением», увеличивая продуктивность растений.

Рассмотрим в качестве примера ориентировочный расчет получения протеиновой биодобавки на основе биогаза при метановом сбраживании навозных стоков свиноводческого комплекса на 1000 свиней разного возраста со средним весом (от поросят до свиноматок) 60 кг. Ежедневный объем навоза, производимого свиньями, составляет примерно 7–9% их живого веса, т.е. около 4,5 тонн с влажностью 92–94%, или около 3 тонн в пересчете на сухое органическое вещество, что обеспечивает при метановом сбраживании порядка 1200 м3 биогаза в сутки. На поддержание температурного режима в метантенке затрачивается от 35–40% получаемого биогаза, при этом на биосинтез белка поступает около 750 м3 биогаза, содержащего в среднем 65% метана, или порядка 500 м3 метана в сутки. В процессе непрерывной ферментации в биореакторе за счет потребления метана метанутилизирующей культурой микроорганизмов синтезируется белковая биомасса с содержанием сырого протеина до 75% в количестве около 150 кг в сутки, или порядка 50 тонн в год.

Белковый рацион свиней зависит от их возраста (поросята, свиноматки, хряки), но в среднем составляет по перевариваемому протеину до 400–600 г на одну свинью, или около 700 г сырого протеина, что для рассматриваемой свинофермы составит потребность порядка 700 кг сырого протеина. Согласно рекомендациям по применению гаприна в корм для свиней, микробная биодобавка составляет от 10 до 20% от общего количества протеина в корме, т.е. в данном примере — от 70 до 140 кг в сутки, что обеспечивается количеством синтезируемой на биогазе белковой биомассой.

Приведенный ориентировочный расчет, с учетом зоотехнических данных о потребности в белковых добавках для поросят и свиней в определенном возрасте, несомненно, может быть уточнен для конкретных условий свинофермы, однако позволяет дать оценку целесообразности рассмотренной схемы «навоз – метановое сбраживание – белок из биогаза». Расчет экономической эффективности, окупаемости затрат и инвестиционной привлекательности рассмотренной технологии может быть произведен с учетом аппаратурно-технологического оформления процесса, а также с учетом полезной утилизации в качестве удобрений проферментированного в метантенке навоза и использования углекислого газа, содержащегося в биогазе. В то же время замена импортных протеиновых составляющих кормов и дорогостоящей рыбной и мясокостной муки на высокопротеиновую биодобавку, получаемую из навозных стоков и собственного биогаза, представляет определенный интерес для фермерских хозяйств и животноводческих агрокомплексов.

Литература

1. Винаров, А.Ю. Биотехнологические кормовые добавки. Этапы развития и задачи / А.Ю. Винаров // Ценовик. — 2017. — № 12. — С. 11–13.

2. Бурдаева, К. Китайская лихорадка / К. Бурдаева // Ценовик. — 2017. — № 5. — С. 7–9.

3. Винаров, А.Ю. Кормовой белок из природного газа / А.Ю. Винаров // Ценовик. — 2017. — № 5. — С. 32–33.

4. Demirel, B. The roles of acetotrophic and hydrogenotrophic methanogens during anaerobic conversion of biomass to methane: a review / B. Demirel, P. Scherer // Rev. Environ. Sci. Biotechnol. — 2008. — Vol. 7. — P. 173–190.

5. Техническая информация ООО «БиоГазЭнергоСтрой»: [Электронный ресурс] URL: http://www.bioges.ru (info@bioges.ru).



Количество показов: 1848
Автор:  А. Винаров

Возврат к списку


Материалы по теме:

Справочник
Токсинил Энрадин
Токсинил Энрадин