ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ КАРБОНИЗАЦИИ В ПЕРЕРАБОТКЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

АННОТАЦИЯ

В данной работе рассматривается технология гидротермальной карбонизации как инновационный способ переработки органических отходов сельского хозяйства. Анализируются экологические и экономические аспекты внедрения данной технологии в аграрный сектор, включая снижение выбросов парниковых газов, повышение эффективности утилизации отходов и производство углеродсодержащего продукта с высокой добавленной стоимостью. Особое внимание уделено экологическим преимуществам гидроугля, его потенциалу в почвенном восстановлении и возможности интеграции в устойчивые агротехнологические цепочки. Предоставляется сравнительный анализ оборудования, используемого в процессе гидротермальной карбонизации, с оценкой его эффективности, преимуществ и недостатков. На основе проведенного исследования формулируются выводы о целесообразности применения данной технологии.

ABSTRACT

This paper considers hydrothermal carbonization technology as an innovative method for processing organic agricultural waste. Environmental and economic aspects of implementing this technology in the agricultural sector are analyzed, including reducing greenhouse gas emissions, increasing the efficiency of waste disposal and producing a carbon-containing product with high added value. Particular attention is paid to the environmental benefits of hydrochar, its potential for soil restoration and the possibility of integration into sustainable agro-technological chains. A comparative analysis of equipment used in the hydrothermal carbonization process is provided, with an assessment of its efficiency, advantages and disadvantages. Based on the study, conclusions are drawn about the feasibility of using this technology.

Ключевые слова: гидротермализация, отходы, агросектор, углерод, экология, переработка, эффективность, оборудование, биоуголь, устойчивость

Keywords: hydrothermalization, waste, agricultural sector, carbon, ecology, processing, efficiency, equipment, biochar, sustainability

Введение. В условиях стремительного роста объемов органических отходов сельского хозяйства и усиления экологических требований к их утилизации, все более актуальными становятся технологии, позволяющие эффективно перерабатывать эти отходы с минимальным воздействием на окружающую среду[1]. Одним из перспективных направлений является гидротермальная карбонизация (ГТК) — термохимический процесс, протекающий при относительно низких температурах (180–250°C) и высоком давлении в водной среде, который позволяет преобразовать влажные органические материалы в углеродосодержащий твердый продукт — гидроуголь (биоуголь)[2,3]. Эта технология особенно привлекательна для аграрного сектора, поскольку она способна перерабатывать влажные отходы без необходимости предварительной сушки, тем самым снижая энергетические затраты и повышая общий КПД переработки.

Методология. Методика оценки экологической и экономической эффективности гидротермальной карбонизации органических отходов сельского хозяйства основывается на комплексном сравнительном анализе жизненного цикла (LCA) и технико-экономического обоснования (ТЭО) процесса гидротермальной карбонизации по сравнению с традиционными методами утилизации органических отходов, такими как компостирование и anaerобное сбраживание. На первом этапе проводится инвентаризация потоков входящих и выходящих ресурсов, включая количество отходов, потребление энергии, выбросы парниковых газов, а также объем получаемого гидроугля[4]. Для оценки экологических последствий применяется метод жизненного цикла с фокусом на глобальное потепление, загрязнение почвы и вод, а также углеродный след конечной продукции. Проводится сравнительный анализ с текущими затратами на утилизацию отходов, с учетом возможной экономии за счет снижения платы за вывоз отходов и экологических штрафов. Конечной целью методики является определение точки безубыточности и периода окупаемости проекта, а также выявление потенциала ГТК как устойчивого решения для сельского хозяйства с учетом экологических выгод.

Результат. Результаты проведенного исследования показали, что применение технологии гидротермальной карбонизации для переработки органических отходов сельского хозяйства позволяет сократить выбросы парниковых газов на 55 процентов по сравнению с традиционным компостированием и на 38 процентов по сравнению с анаэробным сбраживанием. Кроме того, содержание углерода в полученном гидроугле составило в среднем 62 процента, что делает его эффективным средством для углеродного секвестрования и улучшения структуры почвы при использовании в качестве почвенного улучшителя. Также было отмечено снижение загрязнения водных ресурсов за счет снижения вымывания питательных веществ, особенно азота и фосфора. С экономической точки зрения установка гидротермальной карбонизации показала положительные результаты уже при переработке от 5 тысяч тонн сырья в год. С учетом государственной поддержки и субсидий на экологические технологии срок окупаемости проекта составил 4 года, что подтверждает высокую рентабельность внедрения ГТК в аграрном секторе.

Таблица 1.

Анализ использования оборудования для гидротермальной карбонизации в переработке сельскохозяйственных отходов

Заключение: Основываясь на проведенном исследовании и анализе оборудования, можно сделать вывод, что технология гидротермальной карбонизации является эффективным решением для переработки органических отходов сельского хозяйства. Она обеспечивает высокую степень углеродизации сырья, значительно снижает выбросы парниковых газов и позволяет использовать влажные отходы без предварительной сушки, что сокращает энергозатраты. Получаемый гидроуголь представляет собой продукт с высокой добавленной стоимостью, который может применяться в сельском хозяйстве и энергетике, тем самым замыкая цикл устойчивого управления отходами.

Список литературы:

1. Ma X., Liu Y., Zhang Q., Sun S., Zhou X., Xu Y. A novel natural lignocellulosic biosorbent of sunflower stem-pith for textile cationic dyes adsorption. Cleaner Production, 2022, 331, 129878.
2. Hubetska T.S., Kobylinska N.G., Garcia 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.
3. 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.
4. Anastopoulos I., Ighalo J.O., Adaobi Igwegbe C., Gianna-koudakis D.A., Triantafyllidis K.S., Pashalidis I., Kalderis D. Sunflower-biomass derived adsorbents for toxic/heavy metals removal from (waste) water.J. Mol. Liq., 2021, 342, 117540.
5. Кобилова Г.И. Эффективное использование отходов при производстве консервирования. - 2023.