Наноматериалы из... соломы


— Надежда Леонидовна, в копилке научных достижений сотрудников института рапса — труды по переработке отходов сельскохозяйственного производства. И все они отмечены значимыми дипломами всероссийского уровня...

— Благодаря проводимым исследованиям ВНИИ рапса стал лауреатом премии "Золотой Диплом-2014" по направлению "Экология биосферы, мониторинг, охрана и безопасность окружающей среды" (Москва, 2015), награжден дипломом Государственной корпорации "РосТех" (Москва, 2014), дипломом Госкорпорации "Ростехнологии" (Москва, 2013) рядом других дипломов и грамот за разработку экологически безопасных (нано)материалов на основе модифицированного природного сырья и продуктов переработки его отходов.

Напряженная, год от года усугубляющаяся экологическая ситуация на планете ставит под угрозу устойчивость развития человеческого общества. Поэтому начиная с 2013 года, ВНИИ рапса принимает активное участие с научными докладами в конференциях, связанных с рециклингом, переработкой отходов и чистыми технологиями, которые ежегодно проводятся в Москве и других регионах России, а также за рубежом, принимая во внимание чрезвычайно важную их экологическую направленность. Недавно сотрудники нашего института приняли участие в IV Международной научной экологической конференции на тему: "Проблемы рекультивации отходов быта, промышленного и сельскохозяйственного производства". Она проходила на базе ФГБОУ ВПО "Кубанский государственный аграрный университет".

— Какова цель очередного форума?

— Проводимая раз в два года конференция организована с целью расширения научных и методических контактов между исследовательскими коллективами для обсуждения практических задач использования отходов быта, важнейших вопросов по их рекультивации, снижению негативного влияния на экосистемы. Тематика представленных докладов охватывала различные аспекты поставленной проблемы и пути их решения, в частности типы отходов, их свойства, перспективы использования, проблемы обращения с особо опасными отходами.

В последние годы научные поиски в решении проблем утилизации отходов значительно активизировались, что подтверждается огромным числом представленных докладов (более 700 заявленных участников) и их географией. Впервые на конференции в Краснодаре прозвучали доклады из Армении, Киргизии, Латвии, Молдовы, Приднестровья, Ливана, Словакии и других стран. Материалы конференции изданы в двух огромных томах (ч. 1 — 805 стр., ч. 2 — 785 стр.) и размещены в базе данных РИНЦ (Российский индекс научного цитирования). Кроме того, Кубанским ГАУ ежеквартально издается, "Экологический вестник Северного Кавказа", который тоже размещен в базе данных РИНЦ. Коллектив авторов ВНИИ рапса опубликовал в нем две статьи (№1, 2015).

Особо хотелось бы отметить такой важный аспект, обсуждаемый на конференции, как сельскохозяйственные отходы, научно-обоснованное их использование для различных целей и удовлетворения все возрастающих потребностей человечества в новых функциональных материалах. Как отметил на заседании президиума Совета по модернизации экономики и инновационному развитию России 4 февраля 2014 года в Белгороде Председатель Правительства России Дмитрий Анатольевич Медведев, инновационные технологии с использованием возобновляемых источников сырья и их отходов являются одним из перспективнейших направлений развития экономики каждой страны мира.

— Уточните потенциал образования возобновляемых лесных и сельскохозяйственных отходов в мире...

— Он огромен — около 2 миллиардов тонн в год. И этот потенциал недостаточно используется во многих регионах мира. В районах с недостатком леса (таких как Бангладеш, Китай, в северных равнинах Индии и Пакистане) до 90% бытовых потребностей в энергии покрывается в сельской местности за счет сельхозотходов. По существующим оценкам, около 800 миллионов обитателей Земли используют сельхозотходы для приготовления пищи. Использование отходов в качестве источника энергии не ограничено только развивающимися странами. Например, в Калифорнии коммерческие биогазовые установки генерируют около 17,5 МВт электроэнергии, используя различные отходы сельскохозяйственного производства. Большое количество биогазовых установок имеется в Европе. Количество энергии, которое теоретически возможно получить из возобновляемых отходов, составляет 54 ЭДж — в развивающихся странах и 42 ЭДж — в развитых регионах. Предполагается, что только 25% отходов используется полезно. Развивающиеся страны теоретически могут покрыть 15% потребностей в энергии за счет отходов, промышленные страны — 4%.

— А какова ситуация в нашей стране?

— Россия имеет высокоразвитый сектор сельского хозяйства, в частности растениеводства, который ежегодно генерирует большой объем разнообразных отходов и остатков, и только 28% из них перерабатываются в полезную продукцию.

Отходы делятся на первичные, то есть те, что образуются непосредственно при сборе урожая сельхозкультур, и вторичные — генерируемые при обработке урожая на предприятиях. Первичные отходы включают солому зерновых, зернобобовых, масличных, в том числе капустных, и других культур, отходы производства кукурузы на зерно и подсолнечника (стебли, обмолоченные кочаны, корзинки и т. д.). Вторичные отходы — это шелуха подсолнечника, гречки, риса, жом сахарной свеклы, рапса и т. п. Часть отходов и остатков используется на нужды сельского хозяйства (источник органических удобрений, подстилка животным, добавка к кормам и т. п.), часть — другими секторами экономики, а также для выработки энергии, как источник биотоплива (в виде валков, тюков, гранул, брикетов и т. п.). Остальная биомасса остается незадействованной и зачастую утилизируется (сжигается в поле, вывозится на свалку) без принесения пользы. Значительную часть биомассы, которая не используется, представляется целесообразным привлекать к производству энергии (что делается достаточно успешно за рубежом) и получению особо ценной продукции.

— А какую долю отходов можно использовать на энергетические нужды и получение новых функциональных материалов различного назначения без причинения негативного влияния на плодородие почв?

— Это очень важный вопрос. В нашей стране установлены размеры формируемой побочной продукции различными сельхозкультурами и способы их эффективного вовлечения в оборот на основании результатов многолетних научных исследований, проведенных в Донском зональном научно-исследовательском институте сельского хозяйства Россельхозакадемии и других научно-исследовательских центрах России.

В странах с развитым сельхозпроизводством солома используется в первую очередь как источник органического удобрения. Например, в США ежегодное использование растительных остатков на удобрение составляет более 68%, доля которых в общем количестве органических удобрений превышает 53%. В Германии сжигается только 5% соломы, а 45% заделывается в почву. Во Франции сжигается 12%, остальная солома используется в животноводстве или запахивается на удобрение.

Растительные биоресурсы в качестве источника органического вещества и зольных элементов питания во много раз дешевле и имеют преимущества перед традиционными удобрениями. При этом возможности реализации растительных биоресурсов (многолетних трав, соломы и других) практически неисчерпаемы, так как они ежегодно воспроизводятся и недостаточно используются. Ученый почвовед-агроном Василий Робертович Вильямс считал, что вредные последствия сжигания могут превзойти всякие ожидания.

"Сжигание стерни приводит к быстрой и полной минерализации всех пожнивных остатков, — писал он, — весь запас зольных элементов мертвого органического вещества растений чрезвычайно быстро обращается в минеральные соли, которые столь же быстро выщелачиваются". Так, например, при сжигании 40-50 центнеров стерни и соломы с гектара теряется до 20-25 кг азота и 1500-1700 кг углерода, тем самым наносится непоправимый ущерб окружающей среде и плодородию почвы.

— Что же делать с незерновой частью урожая — соломой? Каковы рекомендации ученых?

— Каждый год в мире образуются миллионы тонн соломы (в России, например, ежегодно накапливается только соломы зерновых до 100 тысяч тонн). Более половины этого количества не используется. Во многих странах она сжигается на полях или запахивается в землю. В некоторых развитых странах экологическое законодательство запрещает сжигание соломы на полях. Это привлекает внимание к соломе, с одной стороны, как к потенциальному источнику энергии, с другой — для получения новых материалов с определенным заданным комплексом полезных свойств и создания продукции малотоннажной химии. Принимая во внимание, что ассортимент и объем выпускаемых углеродных материалов характеризует высокотехнологический уровень страны, следует особое внимание обратить на развитие технологий получения именно такой продукции. В соответствии с опытом развитых стран, около 35% растительных остатков может быть удалено без воздействия на будущий урожай.

ВНИИ рапса, начиная с 2012 года, проводит систематические исследования в рамках договоров о творческом сотрудничестве с ведущими российскими научными центрами (ОАО "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика") по получению из соломы различных сельскохозяйственных культур такой ценной продукции как активные угли, которые являются признанным лидером защиты планеты Земля от экоцида. Именно это направление деятельности и нашло свое отражение в пленарном докладе на тему "Ежегодно возобновляемые растительные отходы сельскохозяйственных культур (солома) как источник получения новых функциональных углеродсодержащих (нано)материалов различного назначения", представленном на научной экологической конференции в Краснодаре. Кроме того, данное направление исследований нашего института было широко представлено на очередных конференциях в Кирове (Международная научно-практическая конференция "Методы и технологии в селекции растений и растениеводстве" и Школа молодых ученых "Эколого-генетические основы северного растениеводства), в Саратове (7 Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием "Экологические проблемы промышленных городов") и Клязьме (2 Всероссийская конференция с участием иностранных ученых "Актуальные проблемы теории адсорбции, пористости и адсорбционной селективности"), прошедших в апреле этого года, и в которых коллектив ученых нашего института регулярно принимает участие.

— Эта тема привлекла внимание научной общественности?

— Все доклады отмечены сертификатами. Это позволило заключить меморандум о научно-техническом сотрудничестве и совместной деятельности между Всероссийским научно-исследовательским институтом рапса и Кубанским госагроуниверситетом. Его цель — достижение максимально благоприятных условий в выполнении научно-технических программ и проведение совместных исследований в области разработки технологий получения активных углей из ежегодно возобновляемых растительных сельскохозяйственных отходов (соломы) и создания на их основе полифункциональных углеродсодержащих (нано)материалов различного назначения, а также изучение их физико-химических свойств и структурных особенностей, оценки эффективности их применения для решения многоцелевых задач АПК и экологизации сельскохозяйственного производства.

Актуальность и острота поднимаемой проблемы подчеркиваются еще и тем, что для Российской Федерации практически значимы научные исследования в рамках Базельской, Роттердамской и Стокгольмской конвенций, обоснованных юридически обязательных глобальных соглашений, направленных на защиту здоровья человека и окружающей среды от опасных веществ и отходов. 4-15 мая в Женеве (Швейцария) проводилась научная ярмарка "От науки к действию, работая для более безопасного будущего", куда приглашались и ведущие российские ученые. В решении этих проблем активные угли как мощнейшие сорбенты с детоксикационной активностью, способные связывать и удерживать токсические вещества самой разнообразной природы и тем самым способствующие оздоровлению и защите био- и ноосферы от негативного антропогенного воздействия, занимают одну из лидирующих позиций в мировой практике. Регионы России обладают гигантскими запасами различного углеродсодержащего растительного сырья, на основе которого создаются уникальные активные угли для самых различных нужд. ВНИИ рапса совместно с ОАО "Электростальское научно-производственное объединение "Неорганика", в рамках договора о научно-техническом сотрудничестве, получены активные угли "РАУ" из отходов (соломы) 15 различных сельхозкультур (масличных капустных, зерновых и других, возделываемых на опытных полях нашего института), изучены их основные физико-химические, текстурные и сорбционные характеристики.

— Какие экологические задачи можно решить с помощью активных углей?

— Полученные активные угли могут быть использованы в агро(нано)технологиях в качестве компонента для предпосевной обработки семян при снятии пестицидной нагрузки, детоксикации почв от остаточных количеств пестицидов и устранения пестроты почвенного плодородия при проведении селекционного процесса, обеззараживания комбикормов — от опасных ксенобиотиков, токсинов и т. п., а также для других целей АПК и процессов жизнеобеспечения в целом.

Пользуясь случаем, хотим обратиться к финансирующим структурам нашего региона с просьбой о рассмотрении возможности поддержки проводимых исследований, которые ВНИИ рапса выполняет на сугубо инициативных условиях (без дополнительного финансирования со стороны ФАНО, других фондов) в рамках научно-технического сотрудничества с ведущими российскими научными центрами. Выделенные средства позволят разработать инновационную технологию (которая защищена уже теперь двумя патентами в 2014 и 2015 годах) получения новых (нано)материалов на основе активных углей с использованием ежегодно возобновляемых источников сырья (соломы различных культур) и обеспечить регион получением экологически чистой продукции.

источник: газета Сельская Нива