Азотно-калиевые удобрения, изготовленные из соломы

Тема использования соломы из зерновых культур является очень актуальной и значимой в связи с тем, что вот уже много лет пахотные почвы Казахстана страдают от недостаточного количества азота. 

Есть определенная проблема, заключающаяся в том, что при распределении соломы по верхней поверхности почвы происходят как положительные изменения, так и отрицательные.  К положительным явлениям относятся: создание в достаточной степени оптимальной температуры, защита в эрозии ветра, что же касается отрицательных, то возникает дефицит легкоусвояемых форм азота, которые использует почвенная биота, для разложения соломы. 

У многих может возникнуть вопрос, касательно того, возможно ли использование соломы как сырья для производства азотных удобрений? И многие российские ученые утверждают, что такая технология существует и основана она на переработке отходов при производстве зерна. 

В Казахстане вот уже много десятилетий ведущим и весьма значимым аграрного комплекса экономики является производство зерна. 

Можно привести следующие данные доля зерна в рамках валовой продукции сельского хозяйства составляет примерно 30%, а в области растениеводства – свыше 50%. Данные факты позволяют удовлетворять не только внутренний спрос, но и совершать экспорт 6–7 и более млн. тонн зерна.

 Если говорить, об азоте, то он является действительно уникальным элементом, без которого невозможен рост и развитие растений, и соответственно влияет на качества и количество урожая. Азотные соединения вносятся в почву в виде органических удобрений, например, навоза. В республике функционируют животноводческие предприятия, которые помогают использовать навоз в качестве органического удобрения. Процесс излечения навоза из помещений производится вручную либо с помощью механизированных, автоматизированных систем.

Навоз необходимо складировать и согласно нормам, выдерживать в буртах не менее года.

При данном процессе в его массе происходят аэробные процессы разложения органики с выделением тепла, патогенные микроорганизмы погибают, а семена сорняков теряют способность к всхожести. Под действием аммиака, выделяющегося из мочи животных, подстилки из соломы разлагаются. Но в случае выдержки более года теряются азотные соединения. Остаточное содержание азота в навозе при подобной буртовой выдержки не превышает 5% от начального содержания. 

Согласно мировой практике при технологии переработки навоза применяются биогазовые установки (рис.1,2). 

Рис.1 Биогазовая установка для переработки навоза

Рис.2. Внешний вид биогазовой установка для переработки навоза

 При использовании данной технологии азотные соединения сохраняются и в твердо фракции, и в жидкой форме переработанного продукта. 

Применение переработанного продукта в таких установках в качестве удобрения и подкормки для растений показало очень высокие свойства как удобрения.  Стоит отметить, что в Казахстане данные установки применяются крайне редко. Хотя в рамках «Плана развития экспортного потенциала мяса крупного рогатого скота» в 2011–2015 гг. в областях было строительство откормочных площадок на 150 000 голов крупного рогатого скота. А ведь такое огромное количество животных может выдать около 2 млн. тонн навоза за год!

Что касается количества построенных биогазовых установок, то на сегодняшний день в Казахстане построено только 3: в хозяйстве «Багратион» (Восточно-Казахстанская область), на конезаводе в селе Луговом (Жамбылская область), а также в хозяйстве «Карасу» (Костанайская область). Есть сведения, о том, что часть биогазовых установок в Казахстане было построено компанией «Зорг-Биогаз АГ» (Украина). 

С 2017 года в Шымкенте функционирует биогазовую установка по переработке осадков городских стоков с производством электроэнергии мощностью 0,4 МВт. Но пока требует решения вопрос о применение данного для использования возобновляемых источников энергии, биоэнергетических установок. 

В июне 2018 года прошел аукцион по отбору проектов биогазовых установок суммарной мощностью 5 МВт с ценой производимой электроэнергии 32,15 тг/кВт*час. 

Какие комментарии можно дать по данному вопросу. Прежде всего, стоит заметить, что себестоимость получения возобновляемых источников энергии примерно 7–8 раз выше, чем на угольных электростанциях, что говорит о нецелесообразности таких установок. Далее, переработанный продукт не планируется эксплуатировать как высококачественное азотное удобрение, а предполагается сжигать, что является крайне нерациональным, в связи с дефицитом удобрений в Казахстане. 

Объяснение таким подходам к биотехнологиям кроется в том, что за решение данных вопросов взялись энергетики, которые хотят устранить многие энергетические проблемы.  

Но на биогазовых установках производится электроэнергия только в совсем небольших количествах и только для собственного потребления.  Получаемый биогаз необходим для поддержания режима сбраживания. Что касается биогазовых установок, то они создают природоохранный эффект за счет нейтрализации вредных свойств большого объема навоза. И в итоге получаются качественные азотные удобрения, где азот получают именно в аммонийной форме, представляющей большую ценность для растениеводства. Биогаз расходуется на поддержание технологического режима сбраживания. 

Есть возможность применения азотных удобрений по промышленным технологиям фиксации азота. Именно по ним работает казахстанский азот по производству азотных удобрений – «КазАзот») г. Актау. Основной технологией предприятия является использования в качестве источника водорода для первичной фиксации азота природного газа и в качестве азотного удобрения производит аммиачную селитру (NН4NO3).  Завод функционирует уже с 60-гг. ХХ века. и несмотря на это производство аммиачной селитры происходит в объемах, недостаточных для обеспечения по всей республике. 

2010–2014 гг. планировалось строительство нового завода – «Каспий Азот» (г.Актау), по такой же технологии. А производство удобрений по всей стране планировалось вывести до 3 млн тонн в год. Но данный завод так и не запустился, также как и технологии остались только в проектах. 

Также хотелось бы отметить еще одну технологическую нереализованную возможность. В ближайшее время, согласно плану развития ветроэнергетики в республике, есть стратегии на строительство ветровой электростанции(ВЭС), и с этой целью выделены наиболее перспективные районы. Первой должна ввестись в эксплуатацию ВЭС в Шелекском коридоре – на юге страны, в Алматинской области. Несмотря на планы, «Самрук-Энерго» запустило первой ВЭС в Ерейментау (Акмолинская область) мощностью 45 МВт, установив 22 ветровых установки (рис.3).

Рис. 3 ВЭС в Ерейментау

 ВЭС в Ерейментау расположен вблизи от Павлодаро-Экибастузского энергетического комплекса с мощными ТЭЦ и ГРЭС на угольном топливе. Комплекс достаточно энергоизбыточный, производит дешевую энергию, но вследствие пропускной способности линий электропередач передача энергии в южные области ограничена. 

Заметим, что «СельЭнергоПроект» обосновал ВЭС мощностью 45 МВт. В принципе ветровая энергия может увеличивать мощность, но затраты на строительство новой подстанции и линий электропередач ограничивает эту возможность. В планах у «Самрук-Энерго» построить вторую очередь и довести мощность ВЭС до 100 МВТ, и в дальнейшем до 300 МВт. О строительстве ВЭС на юге страны информация отсутствует. 

В мире уже есть опыт использования возобновляемой энергии для производства азотных удобрений, например, в Норвегии. Страна отлично развивает электрохимию, имея электроэнергию от гидравлических электростанций, а также производство азотных удобрений, в качестве сырья используя воду и воздух. И сейчас Норвегия стала крупным поставщиком азотных удобрений на мировом рынке. 

Было бы важным и целесообразным действием построить в районе ВЭС энергохимический комбинат по производству азотных удобрений из воды и воздуха, используя энергию ВЭС, а не вливать в энергоизбыточную энергосистему с дешевой электроэнергией дорогую энергию от ВЭС. 

Какие в Казахстане имеются еще проблемы в этой сфере и что мы имеем в итоге?

 В Казахстане пшеницу выращивают на площади более чем 12 млн. га, получая в среднем низкую урожайность. Одна из причин низкой урожайности – это недостаток азота в почве и нехватка азотных удобрений у зерносеющих предприятий. Новые заводы по производству азотных удобрений по программе развития химической промышленности не строятся. Что касается биогазовых установок, то они строятся лишь для получения электроэнергии и биогаза, не имя цели использовать переработанный продукт для удобрений. Ветроэнергетические установки не рассматриваются для производства азотных удобрений с использованием в качестве сырья воды и воздуха. 

Таким образом, можно сделать вывод, что решать проблему с азотными удобрениями сельскохозяйственной отрасли необходимо только самостоятельно, опираясь только на внутренние резервы и ресурсы.

И следует отметить, что такие ресурсы имеются. Отличным ресурсов является солома злаковых культур, из которой можно получать азотные удобрения.

Известно, что урожай соломы по отношению к урожаю зерна выражается в среднем в соотношении 1:1,3. Конечно, во многом данное соотношение зависит от условий выращивания, погоды и других факторов. 

В расчете на 1 га выход соломы оценивается в диапазоне 2–3 т/га. Таким образом, при сборе зерна 15 млн. тонн выход соломы составляет в Казахстане от 12 млн.  до 25 млн. тонн в год.  В любом случае это огромный выход биологической массы. Средний объем соломы как отходов в зерновом производстве в 2009–2012 гг. составил 34 млн. 314 тыс. тонн.

Можно привести следующие данные относительно использования соломы для разных целей использования: в качестве подстилки в животноводческих помещениях (10%), в качестве грубых кормов для крупного рогатого скота (30%), а также как топливо. Примерно 30% ее не используется и остается на полях, так как сжигать ее запрещено. 

На сегодняшний день современной и актуальной тенденцией во всех отраслях является использование безотходных технологий. При наличии отходов могут применяются технологии их утилизации с получением полезных продуктов.  Так может обеспечиваться так называемая «экологическая чистота». А связи с тем, что Казахстан разделяет концепцию «зеленой экономики» данный вопрос о переработке соломы приобретает большую актуальность и значимость для всего аграрного сектора.