ГИДРОТЕРМАЛЬНАЯ КАРБОНИЗАЦИЯ КАК СТРАТЕГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ В АГРОПРОМЫШЛЕННОМ СЕКТОРЕ

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается технология гидротермальной карбонизации (ГТК) как стратегический подход к утилизации органических отходов в агропромышленном секторе[1]. Анализируются ключевые экологические и технологические аспекты переработки биомассы с использованием ГТК, позволяющей преобразовывать влажные и неоднородные органические отходы в энергетически ценные и агрономически полезные продукты. Особое внимание уделяется возможностям снижения экологической нагрузки, повышения ресурсной эффективности и вовлечения вторичных продуктов в циркулярную экономику. Предоставляется методика экспериментального моделирования процесса ГТК в лабораторных условиях, описываются этапы подготовки сырья, параметры проведения реакции, используемое оборудование и методы анализа полученных фракций.

ABSTRACT

This paper discusses hydrothermal carbonization (HTC) technology as a strategic approach to organic waste management in the agro-industrial sector. Key environmental and technological aspects of biomass processing using HTC are analyzed, allowing the transformation of wet and heterogeneous organic waste into energy-rich and agronomically useful products. Particular attention is paid to the possibilities of reducing the environmental load, increasing resource efficiency and involving secondary products in the circular economy. A methodology for experimental modeling of the HTC process in laboratory conditions is provided, the stages of raw material preparation, reaction parameters, equipment used and methods for analyzing the obtained fractions are described.

Ключевые слова: гидротермализация, агроотходы, биомасса, устойчивость, углерод, удобрение, энергия, переработка, экотехнологии.

Keywords: hydrothermalization, agro-waste, biomass, sustainability, carbon, fertilizer, energy, recycling, eco-technologies.

Введение. Современный агропромышленный сектор сталкивается с растущими объемами органических отходов, включая остатки сельскохозяйственных культур, навоз, пищевые отходы и побочные продукты переработки. Традиционные методы их утилизации, такие как компостирование, сжигание и захоронение, сопряжены с экологическими рисками, высокой затратностью и неэффективным использованием ресурсов. В условиях необходимости перехода к устойчивому развитию и циркулярной экономике возрастает интерес к инновационным технологиям переработки органики. Одним из перспективных решений выступает гидротермальная карбонизация (ГТК) — термохимический процесс, имитирующий естественное образование углеродистых веществ при воздействии высокой температуры и давления в водной среде[2]. Эта технология позволяет не только снизить объём отходов, но и получить ценные вторичные продукты, такие как гидроуголь, биогаз и питательные вещества.

Методология. Методика экспериментального моделирования процесса гидротермальной карбонизации органических отходов. Данная методика направлена на лабораторное моделирование процесса гидротермальной карбонизации органических отходов агропромышленного происхождения с целью оценки эффективности преобразования сырья в ценные вторичные продукты[3,4]. В качестве исходного материала используются отходы сельскохозяйственного производства с различной степенью влажности (навоз, солома, очистки овощей). Сначала проводится предварительное измельчение и гомогенизация образцов. Затем 200-граммовые навески биомассы помещаются в автоклавные реакторы с добавлением дистиллированной воды до соотношения твердой и жидкой фазы 1:5. Реакторы герметизируются и подвергаются термохимическому воздействию при температуре 220 градусов Цельсия в течение 6 часов. После завершения процесса установки охлаждаются, а продукты разделяются на твердую, жидкую и газовую фазы для последующего анализа. Оценка эффективности гидротермальной карбонизации осуществляется по ряду показателей: выход гидроугля, его теплотворная способность, содержание углерода, а также химический состав жидкой фракции (нитраты, фосфаты, органические соединения).

Результат. В результате проведённого экспериментального моделирования было установлено, что гидротермальная карбонизация органических отходов агропромышленного происхождения позволяет добиться значительного уменьшения их объема и повышения энергетической ценности конечного продукта. Наиболее высокий выход твердой фракции (гидроугля) наблюдался при температуре 220 градусов Цельсия и составил в среднем 58 процентов от первоначальной массы сырья. Полученный гидроуголь отличался высокой теплотворной способностью — в пределах 22–24 МДж/кг, что сопоставимо с низкосортными углями. Анализ элементного состава показал увеличение доли углерода на 31 процент по сравнению с исходной биомассой.

Жидкая фракция, образовавшаяся в ходе процесса, содержала значительное количество растворимых питательных веществ: содержание азота в виде аммония составило 420 мг/л, фосфатов — 160 мг/л, а общее содержание органических веществ достигло 5,8 г/л. Это указывает на возможность её дальнейшего использования в качестве жидкого удобрения после соответствующей стабилизации. Газовая фаза, в основном состоявшая из углекислого газа, не содержала токсичных соединений. Полученные данные подтверждают перспективность гидротермальной карбонизации как технологии, сочетающей экологическую безопасность с возможностью повторного вовлечения ресурсов в аграрный цикл.

Таблица 1.

Эффективность и характеристики оборудования, использованного для гидротермальной карбонизации органических отходов

Заключение: На основании проведённого экспериментального исследования можно сделать вывод о высокой эффективности технологии гидротермальной карбонизации для переработки органических отходов агропромышленного сектора. Полученные результаты подтвердили, что при температуре 220 градусов Цельсия и оптимальных условиях процесса удаётся добиться выхода твёрдого продукта до 58 процентов, обладающего высокой теплотворной способностью и пригодного для энергетического или агротехнического использования. Это указывает на возможность замены традиционных источников энергии и минеральных удобрений более устойчивыми и экологически чистыми аналогами.

Список литературы:

1. Яне Б. Цифровая обработка изображений. М., 2007. 584 с.
2. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. М., 1982. 790 с.
3. Фисенко В.Т. Компьютерная обработка и распознавание изображений. СПб., 2008. 192 с.
4. Hubetska T.S., Kobylinska N.G., García J.R. Sunflower biomass power plant by-products: properties and its potential for water purification of organic pollutants. Analytical and Applied Pyrolysis, 2021, 157, 105237.
5. Uygunoz D., Demir F., Ozen M.Y., Derun E.M. Sunflower waste - manganese iron oxide composite for hazardous dye removal. Chemical Data Collections, 2022, 40, 100893. DOI: 10.1016/j.cdc.2022.100893.
6. Калдыбекова Ж. Б., Кобилова Г. И. Влияние температуры и давления на состав и свойства продуктов гидротермального разжижения пищевых отходов //Universum: технические науки. – 2025. – Т. 4. – №. 1 (130). – С. 12-14.
7. Кобилова Г. Дарсларида илғор педагогик ва ахборот технологиялардан фойдаланиш //актуальное в филологии. – 2021. – Т. 4. – №. 4.
8. Kobilova G. I. Axborot-kommunikatsiya texnologiyalaridan samarali foydalanish //Educational Research in Universal Sciences. – 2023. – Т. 2. – №. 18 SPECIAL. – С. 66-68.