Дата публикации: 23 декабря 2019
ПРАКТИКА ВНЕДРЕНИЯ
Инновационная технология утилизации отходов
в АО «Племенной завод «Первомайский»

Первый в России биогазовый комплекс с биореактором проточного типа
В октябре 2019 года в АО «Племенной завод «Первомайский» (Ленинградская область) был запущен первый в России биогазовый комплекс с биореактором проточного типа. Установка способна вырабатывать электричество и производить удобрения. Какие производственные задачи решаются с помощью инновационной технологии, нам рассказал директор Алексей Валерьевич Павлов.

Из материала вы узнаете:
  • - Почему АО «Племенной завод «Первомайский» выбрало именно биокомплекс от компании «Эвобиос», в чем заключается уникальность этой технологии.
  • - За чем счет происходила установка оборудования?
  • - Сколько кВт электроэнергии способна производить установка и может ли она обеспечить питание всей животноводческой фермы.
РЕШАЕМАЯ ПРОБЛЕМА
Инновационный биореактор компании «ЭВОБИОС» позволяет не просто эффективно организовать переработку отходов отрасли животноводства, но и получить экономическую выгоду от производства электроэнергии и органических удобрений. Рабочий процент метана в биогазе реакторов — от 75% и выше, а в произведенном удобрении остается достаточно большое количество полезных веществ. АО «Племенной завод «Первомайский» планирует запитать от новой установки весь животноводческий комплекс и производство молока. Важно, что оборудование сможет работать без каких-либо специальных условий и субсидий
Алексей Валерьевич Павлов
Алексей Валерьевич Павлов, директор АО «Племенной завод «Первомайский».

— Алексей Валерьевич, расскажите, как происходила утилизация навоза на предприятии до открытия биокомплекса «ЭВОБИОС» и почему вы решили внедрить новую технологию?

— До запуска биокомплекса навоз собирался на бетонной площадке, построенной еще в 1989 году, и хотя 3 года назад мы провели ее реконструкцию, она не очень подходила под современные условия содержания КРС. В 90-е годы практиковалось привязное содержание животных, соответственно было много подстилочного материала, а навоз имел влажность 75–78%. Низкая влажность позволяла буртовать его на бетонной площадке, выдерживать 12 месяцев, после чего вносить в почву в виде удобрения, а при увеличении влажности в качестве загустителя использовался торф, который стоил тогда недорого. Сейчас времена изменились, у нас практикуется беспривязное содержание, влажность навоза достигает 95%, хранить его на площадке без загущения невозможно, а цена торфа, как и опилок, сильно выросла. Биокомплекс решил эту проблему. После его запуска мы моментально обеззараживаем навоз за счет высокой температуры и можем даже без хранения вносить его в почву под распашку.
СПРАВКА
Технико-экономические параметры биогазового проекта в АО «Племенной завод «Первомайский»
• Сумма инвестиций компании «ЭВОБИОС» в проект — около 75 млн рублей.
• Первоначальный срок окупаемости инвестиций — 6 лет.
• Всего КРС — 2000 голов, из них дойное стадо — 1002 головы.
• Количество органических отходов — до 100 т навоза в сутки.
• Реализуется комплексное решение по оказанию АО «ПЗ «Первомайский» услуг по переработке органических отходов с поставкой предприятию товарной электроэнергии и образуемых в процессе переработки органических удобрений.
• Мощность генерации товарной электроэнергии по плану — 140 кВт.
— Почему был выбран биокомплекс компании «ЭВОБИОС» и какие задачи он решает?

— Прежде чем приступить к строительству данного биореактора, мы рассмотрели достаточно много вариантов, но ни один из них нас полностью не устраивал. Коровий навоз не самый лучший источник биогаза, и для поддержания реакции в большинство биореакторов требуется добавлять технические культуры типа рапса или кукурузы, а мы не можем себе позволить выращивать их для этих целей. В свое время просчитывали затраты и на обычную стандартную биогазовую установку, но этот путь был для нас просто нереальным, так как ее стоимость выходила за 100 млн рублей со сроком окупаемости более 70 лет. Технология компании «ЭВОБИОС» совершенно новая, таких реакторов нет нигде в мире, она не требует выращивания технических культур, с ней удобно и просто работать, а кроме того, это еще и очень интересно с научной точки зрения.

Биокомплекс решает сразу несколько задач: во‑первых, улучшает экологию, перерабатывая навоз в органические удобрения, а во‑вторых, повышает энергетическую безопасность предприятия, так как является еще одним источником электроснабжения и позволяет не зависеть от энергосбытовой компании и тех аварий, которые часто бывают в сетях Ленэнерго.
Место внедрения
АО «ПЗ «Первомайский» (Ленинградская область) образовано в 1993 году на базе совхоза «Первомайский», который ведет свою историю с 1945 года. Основной вид деятельности — молочное животноводство. В 2007 году предприятию был присвоен статус «Племенной завод по разведению КРС черно-пестрой породы»
— Прошло 20 дней с момента запуска. Реактор уже вышел на плановую мощность?

— На полную мощность он еще не вышел, но свои потребности на обогрев и другие процессы он покрывает полностью. Я думаю, что в течение 2–3 недель мы разгоним его до плановой мощности.

— Сколько электроэнергии в сутки производится биокомплексом и на какие нужды она расходуется?

— Сейчас он закрывает порядка 80 кВт/ч, а при выходе на полную мощность сможет давать до 240 кВт/ч, так как оборудован двумя генераторами, которые могут в штатном рабочем режиме производить по 120 кВт/ч каждый. Наше хозяйство в пиковых нагрузках потребляет максимально 180 кВт/ч, а для работы нам достаточно 150 кВт/ч, поэтому разгоняться на всю потенциальную мощность биореактор не будет. Часть электроэнергии, производимой биокомплексом, пойдет на его собственное потребление, а часть будем использовать мы. Планируется полностью запитать от него производство молока и животноводческий комплекс, включая освещение, работу доильной установки, охлаждающих танков, дробилок для кормов и навозоудаление, то есть фактически мы покроем все затраты на электроэнергию газом из биоустановки.

— Приобретать электроэнергию вы будете по такой же стоимости, как и у энергосбытовой компании?

— Между нашими компаниями согласован алгоритм расчетов, где учитываются соответствующие ценовые показатели с обоюдной выгодой. Это детали коммерческих договоренностей. Но для нас главное — надежность и независимость от внешних источников. К сожалению, от аварий в сетях не застрахован никто.

— Какую площадь занимает биокомплекс и на каком удалении от фермы он находится? Как доставляется навоз к месту переработки?

— Биокомплекс занимает площадь всего лишь в 20 соток. Он расположен в 500 метрах от животноводческого комплекса, и с точки зрения логистики нам очень удобно подвозить туда сырье и забирать органическое удобрение. Навоз загружается из дворов в прицепы и доставляется до площадки биокомплекса, где выгружается в приемный бункер.
— Планируете ли вы потреблять весь объем производимого удобрения или только часть?

— Мы планируем забирать весь объем производимых органических удобрений. Часть из них представляет собой жидкость, она будет сразу вноситься в почву для подкормки многолетних трав. Густую фракцию мы будем вывозить на площадку и складировать, для этих целей она подходит, так как это удобрение уже не будет разливаться даже под действием осадков. В основном мы вносим удобрения весной и осенью, и на площадке будем накапливать объем под агротехнические сроки.

— На какой посевной площади и каких культурах планируется внесение органических удобрений? Какие минеральные удобрения планируется заменить?

— У нас порядка 500 га ежегодно отводится под зерновые для кормления КРС, из которых 80% занимает ячмень, а остальные 20% — овес и пшеница. На 1700 га выращиваем многолетние травы, которые используются для заготовки силоса. Заменить минеральные удобрения полностью мы пока не сможем. У нас используется азофоска либо аммиачная селитра для ускорения роста трав и повышения урожайности, и сначала планируется заменить эти удобрения только на 30%. Сейчас мы проводим анализы органических удобрений, прежде всего по активному азоту. Пока не могу сказать точные объемы, но даже замена трети химических удобрений — уже неплохо и с экономической точки зрения, и с экологической.

— Оправдал ли биокомплекс ваши ожидания?

— Я скажу, что он превзошел наши ожидания, потому что все-таки здоровый скепсис присутствовал, и было много вопросов: будет ли он выдавать расчетный объем метана, насколько этот метан будет чистым для нормальной работы электрогенераторов, эффективно ли будет перерабатываться навоз и т. д. Сегодня я уже вижу, что все обещания, которые давала компания «ЭВОБИОС», выполняются на 100%.
СОСТАВ БИОГАЗОВОГО КОМПЛЕКСА
1. Система приема органических отходов.
2. Технологический блок подготовки органических отходов, где происходит подогрев, активация, измельчение и фильтрация состава.
3. Биореактор проточного типа, рассчитанный на переработку жидких органических отходов.
4. Система обезвоживания и производства органических удобрений.
5. Газовая система приема и учета выработанного биогаза с предварительным накоплением во внешнем газгольдере и подготовкой к передаче биогаза в газовую систему предприятия или в газовый генератор для выработки электроэнергии.
6. Автоматизированная система управления с возможностью удаленного контроля и мониторинга работы отдельных систем и биокомплекса в целом, с ведением постоянной записи показателей функционирования биокомплекса.
7. Газогенераторное оборудование для выработки электроэнергии.
КОММЕНТАРИЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЯ
Даниил Рафикович Абубикеров
Даниил Рафикович Абубикеров, генеральный директор ООО «Эволюция биогазовых систем» (ЭВОБИОС)

— Даниил Рафикович, расскажите, как создавался биореактор проточного типа и чем он отличается от аналогичных продуктов?

— При разработке этого биореактора мы прошли все классические циклы разработки изделия с нуля. В 2011 году наш основной идеолог и основатель компании Александр Валентинович Подсекин заинтересовался биогазом как альтернативным видом энергии и создал классическую биогазовую систему в Мурманской области. Вернувшись в Санкт-Петербург, он поставил задачу: не адаптировать уже известные технологии, а изобрести новую. В то время в теории существовала концепция так называемой проточной системы, именно этот подход мы и начали исследовать. Наука идет вперед, появляются новые материалы и способы производства, компьютерный контроль, все это послужило платформой для материального исполнения такого биореактора. За последние десятилетия интерес к биогазу как коммерческому продукту пошел на спад, потому что классические биогазовые системы были большими, требовали продолжительного капитального строительства, имели долгий срок окупаемости и не гарантировали получение качественного биогаза (количество метана в таком биогазе было порядка 65%). Удобрения, получаемые таким способом, были тоже невысокого качества, так как системы нацелены на максимальное извлечение газа. Мы же нашли золотую середину, баланс между получением биогаза и органического удобрения.

Для своего реактора мы выбрали штаммы метаногенных бактерий, которые могут существовать при термофильном режиме, то есть при температуре 54 °С. Реакция при этой температуре происходит быстро, обеззараживается патогенная среда, убиваются сорняки, формируются гуминовые кислоты, витамины и т. д. Мы создали первые образцы биореакторов, протестировали их в поле, увидели недостатки и поняли, что нужно менять в конструктиве, а главное — что с отходами, на которых работает биореактор, нужно работать. Для удачного и контролируемого процесса переработки отходы нужно приготавливать в обязательном порядке. Мы начали сепарировать их от неорганических вкраплений и измельчать крупную органику, используя свои собственные разработки в виде аппаратов вихревого слоя, где поток ферромагнитных частиц, вращающихся с большой скоростью в магнитном поле, измельчает органику практически до клеточного уровня, после чего метаногенным бактериям очень легко эту органику переработать. После такой обработки повысилось качество и скорость переработки отходов, и мы получили более чистый биогаз.

Рабочий процент метана в биогазе наших реакторов от 75% и выше, а на некоторых образцах доходил и до 90%, то есть практически достигаются показатели природного газа. При этом биогаз содержит минимальное количество вредных примесей, что позволяет нам экономить на очистном оборудовании и делает наш биокомплекс экономически привлекательным. В произведенном нашем оборудованием удобрении остается достаточное количество полезных элементов и органики, чтобы оно было интересно сельхозпредприятиям.

В результате исследований и расчетов мы получили биогазовую модель, которая делает наше оборудование эффективным и может работать в российских реалиях без каких-либо экономических спецусловий или субсидий, что и было одной из основных наших целей. Мы можем встраивать наше оборудование в инфраструктуру предприятия без изменения внешних параметров и режимов работы, и оно будет приносить конкретный эффект в той экономической модели, в которой это предприятие работает.
— Для такой огромной научной работы, наверное, приходилось сотрудничать с НИИ и вузами?

— Мы заключали договоры о сотрудничестве с такими научными заведениями, как московский Институт микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН. Нам были интересны работы их специалистов в области проточных биореакторов и штаммов бактерий, а их привлекло, то что мы являемся первой компанией, которая решила запустить лабораторные исследования в производственном варианте. Мы и сейчас сотрудничаем с этим институтом по определенным темам, которые ложатся в точную настройку нашего оборудования, повышая его эффективность.

Также мы работаем с Санкт-Петербургским государственным аграрным университетом, потому что там можно создать образовательную базу для подготовки специалистов в сфере биотехнологий по переработке отходов, и, возможно, эти специалисты будут работать в нашей компании, потому что нехватка кадров — большая проблема для нас. Кроме того, мы сотрудничаем с Казанским национальным исследовательским технологическим университетом, где есть очень серьезные кафедры и специалисты по переработке различных отходов.

— Изобретения вашей компании подтверждены патентами?

— На сегодняшний день у нас имеется семь патентов, четыре из которых непосредственно касаются конструкции наших реакторов и применения различных технологий их внутренней структуры. У нас есть патент на способ обработки отходов, мы изобрели аппарат центробежно-вихревого слоя и получили новый способ измельчения отходов, который выводит размер частиц до 30–40 микрон, а во всем мире известны только аппараты вихревых слоев. У нас есть патенты на систему скоростного теплообменника, обеспечивающего эффективное доведение сырья до заданной температуры, и собственную систему рекуперации, с помощью которой тепло выходящего из реактора потока эффлюента с температурой 54 °С используется для первичного подогрева входящего сырья.
— Как заселяется бактериями биореактор?

— Мы используем классические методы: производим разгон реактора, используя метаногенные бактерии, содержащиеся в отходах, или готовим с помощью лабораторного миниреактора специальный сброженный субстрат из коровьего навоза, который содержит метаногенные бактерии. Такой субстрат с разогнанной микробиотой позволяет ускоренно запускать наши индустриальные системы. Никаких сторонних «коктейлей» или коферментов мы не используем.

— Каким образом повышается концентрация бактерий в реакторе, за счет которой переработка отходов происходит в такой короткий срок?

— Мы создали реактор, в котором иммобилизуем биоту, обеспечивая бактерии стабильным питанием, что дает возможность их колонии активно развиваться. Таким способом мы в десятки раз повышаем количество бактерий на каждый кубический сантиметр и, соответственно, ускоряем процесс переработки органики.

— Сколько времени заняло сооружение биогазового комплекса в АО «Племенной завод «Первомайский»?

— Этот проект длился год, но нужно учитывать, что это был первый промышленный биокомплекс проточного типа, который строился с нуля. Одновременно со строительством нам приходилось разрабатывать и создавать средства производства, налаживать все процессы для серийного выпуска этих реакторов. Мы долго выбирали поставщиков материалов, сопутствующего оборудования, разрабатывали систему контроля всех процессов и писали программное обеспечение. В биокомплексе «Первомайского» используется более 200 различных датчиков, и система ежесекундно обрабатывает более 1000 операций и данных, а наши операторы в онлайне контролируют всю работу биокомплекса.

— То есть в дальнейшем запуск биокомплексов будет проходить быстрее?

— Сейчас мы официально заявляем, что биокомплекс будет полностью готов к поставке в течение 6 месяцев, а пусконаладочные работы проведены в течение 3 месяцев. В будущем производственный процесс планируется сократить до 4 месяцев.

— Сейчас вы предлагаете к реализации две модели биогазовых комплексов — «Индустриальный» и «Тополь», чем они отличаются?

— «Индустриальный» биокомплекс эффективен при большом объеме биоотходов — порядка 50 т в сутки и выше, например, он подойдет животноводческому хозяйству с поголовьем более 700 коров или птицефабрике с 250 000 кур. Но если в хозяйстве имеется 100 или 300 коров, то эта модель будет ему уже не по карману, а нам на такой маленький объем экономически не выгодно ставить биокомплекс за свой счет и перерабатывать отходы. Для таких хозяйств был разработан «Тополь», основной задачей которого является предоставление более дешевого решения, так как разница в цене между этими двумя моделями практически в 3 раза. Объем реактора в «Тополе» можно варьировать от 3 до 36 т отходов в сутки, в зависимости от этого меняется мощность насосной и газовой систем, генератора и, соответственно, стоимость оборудования. Мы даем возможность небольшим хозяйствам не переплачивать за решение проблемы утилизации отходов, но при этом в дальнейшем, например, при увеличении поголовья, можно будет повысить производительность биокомплекса, частично докупив оборудование.

Кроме этого, работу биокомплекса можно настраивать под нужды конкретного хозяйства — как в сторону получения большего количества газа и уменьшения полезных свойств биоудобрения, так и наоборот, увеличивая поток удобрения, но получая меньше газа.

Для совсем небольших хозяйств мы предлагаем биокомплекс «Фермер», рассчитанный на переработку навоза от 5–10 коров. В нем не используются все наши ноу-хау, и поэтому стоимость максимально снижена.
— При внедрении проекта на ПЗ «Первомайском» была выбрана бизнес-модель, когда установка оборудования осуществляется за счет вашей компании, а с заказчиком заключается долгосрочный контракт на оказание услуг и покупку электроэнергии и органического удобрения. Это было вашим предложением?

— Эту экономическую модель предложила наша компания, мы установили оборудование, а предприятие пользуется электроэнергией, оплачивает утилизационный сбор за переработку отходов. Также мы совместно используем получаемое удобрение. Так как ПЗ «Первомайский» — наш первый клиент, то часть удобрения он будет получать бесплатно. В дальнейшем доходность биокомплексов будет обеспечиваться этими тремя основными потоками, и предприятие, которое захочет потреблять свое собственное удобрение, произведенное на нашем оборудовании, будет за него платить, но цена будет гораздо ниже рыночной стоимости.

— А если предприятие откажется выкупать полностью произведенное биокомплексом удобрение?

— Сейчас в «Первомайском» анализируют эффект от внесения удобрений, после чего подсчитают нужные им объемы, и если они не будут потреблять все, то мы готовы выводить этот продукт как на «профи», так и на «хобби» рынок. В будущем, имея несколько биокомплексов, мы сможем комбинировать различные органические удобрения, например, из навоза КРС с богатым комплексом полезных веществ и птичьего помета с большим содержанием азота и калия, отходов рыбной промышленности с повышенным содержанием фосфора и высокоазотистого удобрения из навоза свиней. Комбинирование разных видов позволит получить комплексное решение для сельского хозяйства.
— В следующих проектах вы планируете использовать такую же бизнес-модель, как в ПЗ «Первомайский», или биокомплекс можно будет просто купить? Как в этом случае будет происходить его обслуживание?

— Основной план — это применение бизнес-модели, опробованной в «Первомайском». Но если хозяйство не захочет терять выгоду от использования биокомплекса и будет готово его купить, то мы пойдем навстречу, но при этом будем более тщательно проверять возможность предприятия по обслуживанию установки. Мы будем проводить обучение, а до того времени, пока персонал полностью не освоит обслуживание биокомплекса, предложим услугу по его внешнему техническому сопровождению.

— Сколько биокомплексов в год вы сейчас выпускаете и планируете ли в будущем увеличить производство?

— В течение ближайших трех лет мы сможем произвести самостоятельно порядка 100 биокомплексов, для России — это капля в море. Потенциал переработки органических отходов огромный: чтобы обеспечить хотя бы 10% предприятий, нуждающихся в этой технологии, требуется построить 3 больших завода. Стоимость вложений оценивается более чем в 3 млрд рублей, и понятно, что никакой индивидуальный инвестор такой проект не может и не должен «тянуть». Доказав работоспособность нашей технологии, мы уже сотрудничаем с потенциальными системными финансовыми партнерами и корпоративными инвесторами, которые готовы привлекать и вкладывать деньги в крупные проекты, создавать и расширять новые производства.

— Какие проекты вы собираетесь реализовывать в ближайшее время?

— Сейчас у нас в клиентской базе около 200 хозяйств, которые проявляли активную заинтересованность еще до введения в эксплуатацию первого биокомплекса. В первую очередь планируется отработать заказы из Ленинградской области ввиду территориальной близости. Следующим регионом будет Татарстан, где мы уже заручились поддержкой правительства и ряда предприятий, которым интересна наша технология.

Далее к другим регионам будем применять трехуровневый подход: устанавливать в регионе 2–4 биокомплекса практически одновременно, что позволит нам создать сервисный центр и подобрать персонал для их обслуживания; получать программу развития на 2–5 лет, и если будет видна перспектива в обеспечении предприятий региона биокомплексами, то приступать к расширению объемов производства. Например, в Татарстане мы договорились, что если в течение двух лет мы реализуем там запланированные проекты, то приступим к строительству завода по производству биореакторов непосредственно в республике. При реализации этих планов мы сможем обеспечить эффективной технологией переработки отходов весь Приволжский федеральный округ.

— Если сейчас какое-либо предприятие, например, из Сибири захочет приобрести у вас биокомплекс, это будет возможно?

— Это зависит от объема отходов, требующих переработки. Если это будет крупное предприятие, например, как птицефабрика «Синявинская» или «Северная», то в этом случае мы сможем войти в новый регион с одним проектом и создать там необходимую базу. Если это будет животноводческий комплекс типа «Первомайского», то мы попросим подождать, пока не подберем еще 3–4 предприятия такого же уровня, и только тогда сможем реализовать эти проекты.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ >>