03. Брюханов А. Ю., Романовская А. А., Шалавина Е. В., Васильев Э. В., Вертянкина В. Ю. Влияние технологий переработки навоза и помета на эмиссии парниковых газов

Печать

DOI: 10.15507/2658-4123.034.202404.563-583

УДК 630*232.332.44:631.544.2

Влияние технологий переработки навоза и помета на эмиссии парниковых газов

Брюханов Александр Юрьевич
доктор технических наук, член-корреспондент РАН, директор института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4963-3821, Researcher ID: B-7550-2018, Scopus ID: 57190026573, SPIN-код: 8932-5083, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Романовская Анна Анатольевна
доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, директор института глобального климата и экологии имени академика Ю. А. Израэля (107258, Российская Федерация, г. Москва, ул. Глебовская, 20Б), ORCID: https://orcid.org/0009-0008-8943-170X, Researcher ID: J-8166-2013, Scopus ID: 6603121727, SPIN-код: 3370-6390, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Шалавина Екатерина Викторовна
кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела анализа и прогнозирования экологической устойчивости агроэкосистем института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7345-1510, Researcher ID: C-1980-2018, Scopus ID: 57190026700, SPIN-код: 4075-6888, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Васильев Эдуард Вадимович
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник отдела анализа и прогнозирования экологической устойчивости агроэкосистем института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (196634, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5910-5793, Researcher ID: C-1304-2018, Scopus ID: 57190024035, SPIN-код: 9810-9439, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Вертянкина Виктория Юрьевна
научный сотрудник отдела мониторинга потоков парниковых газов в природных и антропогенно-нарушенных экосистемах института глобального климата и экологии имени академика Ю. А. Израэля (107258, Российская Федерация, г. Москва, ул. Глебовская, 20Б), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3934-7872, Researcher ID: Y-8301-2018, SPIN-код: 6487-8721, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Аннотация
Введение. Одним из значимых источников антропогенных выбросов является аграрный сектор. Корректный учет эмиссии парниковых газов в этом секторе зависит от применяемых технологий переработки навоза и помета. На сегодняшний день отмечается недостаток исследований по уточнению выбросов метана и закиси азота от существующих систем хранения навоза и помета ввиду разнообразия используемых соответствующих технологий, поэтому разработанный методический подход к расчетной оценке годовой эмиссии метана и закиси азота является актуальным.
Цель исследования. Определить влияние технологий переработки навоза и помета на годовые эмиссии метана и закиси азота.
Материалы и методы Для определения эмиссии закиси азота и метана рассчитана масса получаемого навоза и помета, содержание в нем общего азота и углерода; проанализированы технологии переработки навоза: длительное выдерживание навоза/помета, пассивное компостирование, активное компостирование, биоферментация, сушка и грануляция, сжигание. Выполнен расчет для двух вариантов: 1) по данным Национального кадастра антропогенных выбросов с учетом доли навоза, перерабатываемой каждой технологией за 2022 г.; 2) по фактическим данным распределения технологий за 2022 г. Выполнена прогнозная оценка на период до 2030 г. Исследования выполнены на примере субъектов Северо-западного федерального округа РФ.
Результаты исследования. Проанализированы технологии содержания животных и птицы на трех типах предприятий: сельскохозяйственные организации, крестьянско-фермерские хозяйства, хозяйства населения. Рассчитана масса навоза и помета для каждого типа предприятий и проанализированы технологии переработки, определена доля навоза, перерабатываемая по каждой технологии. Рассчитаны эмиссии метана и закиси азота на примере Северо-западного федерального округа с пересчетом на CO2 эквивалент для 2022 г.
Обсуждение и заключение. Определено влияние технологий сбора и хранения навоза на выбросы метана и закиси азота. Полученные значения превышают по метану на 35,6 % и закиси азота на 14,2 % значения, рассчитанные по методологии, используемой в Национальном кадастре, что говорит о целесообразности ее уточнения. Категорирование предприятий позволяет упростить расчет при оценках на уровне регионов и страны. Уточненные данные об используемых технологиях сбора и хранения навоза и присущих им эмиссиях позволят проводить прогнозные расчеты и определять возможные направления технико-технологической модернизации, направленной на снижение выбросов парниковых газов.

Ключевые слова: эмиссии парниковых газов, метан, закись азота, животноводство, технологии переработки навоза и помета, азот, углерод

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Финансирование: определение количественных и качественных характеристик навоза и помета для трех типов хозяйств с учетом применяемых технологий выполнено с использованием баз данных ИАЭП – филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. Коэффициенты MS и MCF уточнены в рамках Важнейшего инновационного проекта государственного значения «Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ» (соглашение 139-15-2023-004 от 01.03.2023 г.)

Благодарности: авторы благодарят рецензентов за помощь в улучшении статьи.

Для цитирования: Влияние технологий переработки навоза и помета на эмиссии парниковых газов / А. Ю. Брюханов [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2024. Т. 34, № 4. С. 563–583. https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202404.563-583

Заявленный вклад авторов:
А. Ю. Брюханов – концептуализация, руководство исследованием.
А. А. Романовская – определение методологии исследования.
Е. В. Шалавина – формирование структуры статьи, проведение расчетов, сравнение результатов.
Э. В. Васильев – постановка задачи, литературный обзор.
В. Ю. Вертянкина – формальный анализ.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 23.08.2024;
поступила после рецензирования 06.09.2024;
принята к публикации 12.09.2024

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анализ динамики и структуры эмиссии парниковых газов в сельском хозяйстве России / Ю. Н. Романцева [и др.] // Аграрная наука. 2024. № 2. С. 139–145. https://doi.org/10.32634/0869-8155-2024-379-2-139-145

2. Ахметшина Л. Г. Возможности российского сельского хозяйства в снижении выбросов парниковых газов и адаптации к климатическим изменениям // Вестник Алтайской академии экономики и права. 2022. № 4. Ч. 1. С. 5–14. https://doi.org/10.17513/vaael.2129

3. Шалавина Е. В., Васильев Э. В., Папушин Э. А. Анализ технологий переработки отходов животноводства в различных природно-климатических условиях России // АгроЭкоИнженерия. 2023. № 3 (116). С. 110–123. https://doi.org/10.24412/2713-2641-2023-3116-110-123

4. Ветеринарно-санитарная оценка современных биотехнологических способов переработки навоза / В. Г. Тюрин [и др.] // Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. 2022. № 2 (42). С. 230–238. https://doi.org/10.36871/vet.san.hyg.ecol.202202012

5. Relating Bacterial Dynamics and Functions to Greenhouse Gas and Odor Emissions during Facultative Heap Composting of Four Kinds of Livestock Manure / L. Li [et al.] // Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 345. Article no. 118589. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118589

6. Estimation of Greenhouse Gas Emission from Hanwoo (Korean Native Cattle) Manure Management Systems / S. Won [et al.] // Atmosphere. 2020. Vol. 11, Issue 8. Article no. 845. https://doi.org/10.3390/atmos11080845

7. Compaction Effects on Greenhouse Gas and Ammonia Emissions from Solid Dairy Manure / F. Chang [et al.] // Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 332. Article no. 117399. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.117399

8. Ba S., Qu Q., Zhang K., Groot J.C.J. Meta-Analysis of Greenhouse Gas and Ammonia Emissions from Dairy Manure Composting // Biosystems Engineering. 2020. Vol. 193. P. 126–137. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2020.02.015

9. Greenhouse Gas Balances and Yield-Scaled Emissions for Storage and Field Application of Organic Fertilizers Derived from Cattle Manure / X. Meng [et al.] // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2023. Vol. 345. Article no. 108327. https://doi.org/10.1016/j.agee.2022.108327

10. Nutrients Recovery from Fresh Liquid Manure Through an Airlift Reactor to Mitigate the Greenhouse Gas Emissions of Open Anaerobic Lagoons / M. Sobhi [et al.] // Journal of Environmental Management. 2021. Vol. 294. Article no. 112956. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2021.112956

11. Greenhouse Gas Emissions from Broiler Manure Treatment Options Are Lowest in Well-Managed Biogas Production / U. Kreidenweis [et al.] // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 280. Part 2. Article no. 124969. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124969

12. Романовская А. А. Оценка антропогенной эмиссии метана в животноводстве России // Сельскохозяйственная биология. 2008. № 6. С. 59–65. URL: https://www.agrobiology.ru/6-2008romanovskaya.html (дата обращения: 11.05.2024).

13. Effects of Encapsulated Calcium-Ammonium Nitrate on Greenhouse Gas Emissions from Manure of Beef Steers Grazing a Mature Mixed-Winter Forage / D. D. Henry [et al.] // Journal of Animal Science. 2021. Vol. 99. P. 146–147. https://doi.org/10.1093/jas/skab235.269

14. Effect of Bromoform and Linseed Oil on Greenhouse Gas Emissions from Stored Beef Manure / A. O. Balsero [et al.] // ASABE Annual International Meeting. 2022. Article no. 2200416. https://doi.org/10.13031/aim.202200416

15. Impact of Bentonite on Greenhouse Gas Emissions during Pig Manure Composting and Its Subsequent Application / J.-P. Wu [et al.] // Journal of Environmental Management. 2023. Vol. 344. Article no. 118453. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118453

16. Acidification of Residual Manure in Liquid Dairy Manure Storages and Its Effect on Greenhouse Gas Emissions / V. Sokolov [et al.] // Frontiers in Sustainable Food Systems. 2020. Vol. 4. Article no. 568648. https://doi.org/10.3389/fsufs.2020.568648

17. Ellison R. J., Horwath W. R. Reducing Greenhouse Gas Emissions and Stabilizing Nutrients from Dairy Manure Using Chemical Coagulation // Journal of Environmental Quality. 2021. Vol. 50, Issue 2. P. 375–383. https://doi.org/10.1002/jeq2.20195

18. Biochar Addition Reduces Non‐CO2 Greenhouse Gas Emissions during Composting of Human Excreta and Cattle Manure / D. Castro‐Herrera [et al.] // Journal of Environmental Quality. 2023. Vol. 52, Issue 4. P. 814–828. https://doi.org/10.1002/jeq2.20482

19. Effects of Feeding a Pine-Based Biochar to Beef Cattle on Subsequent Manure Nutrients, Organic Matter Composition and Greenhouse Gas Emissions / C. M. Romero [et al.] // Science of the Total Environment. 2022. Vol. 812. Article no. 152267. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152267

20. Брюханов А. Ю., Шалавина Е. В., Васильев Э. В. Прогнозное распределение технологий переработки навоза КРС в Российской Федерации // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2024. Т. 25, № 3. С. 507–517. https://doi.org/10.30766/2072-9081.2024.25.3.507-517

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.