Гуминовый стимулятор биодеградации нефтяных загрязнений Перспективный проект
реклама
Конкурс русских инноваций Перспективный проект Гуминовый стимулятор биодеградации нефтяных загрязнений Руководитель проекта: Иванов Александр Анатольевич, научный сотрудник, кандидат химических наук 2010 1 Аннотация В районах с развитой нефтедобывающей промышленностью, наиболее распространенным загрязнителем окружающей среды являются нефть и продукты ее переработки, которые попадают в почву в процессе добычи, транспортировки и хранения. В результате нефтезагрязнения почв нарушается экологическое состояние и изменяется структура биоценозов. Разрабатываемая технология производства гуминового стимулятора из торфа с применением метода механохимической активации будет выполнять природоохранную функцию. Ее применение для биологической рекультивации почв будет способствовать экологическому оздоровлению окружающей среды, обогащению почв биологически активными веществами, стимулирующими процессы роста и развития почвенной микрофлоры и растений. Использование торфа в технологии производства гуминового стимулятора нефтезагрязнений является эффективным не только с научной точки зрения, но и с экономической, т.к. РФ обладает большими запасами торфа и организация производства гуминовых препаратов и их дальнейшее использование на нефтезагрязненных территориях РФ позволит решить ряд важных задач: экологическую, связанную с очисткой и восстановлением нефтезагрязненных почв, и экономическую, связанную с развитием на территории РФ торфяной отрасли. Основными параметрами, определяющими качественные и стоимостные характеристики продукции являются: - получение продукта из торфа с применением метода механоактивации, что повышает выход гуминовых веществ, позволяет получить продукт с высокой биологической активностью и нормальной щелочностью; - снижение себестоимости получения по сравнению с существующими аналогами; - обеспечение безотходности переработки исходного сырья; - сокращение сроков реабилитации деградированных нефтью и нефтепродуктами почв; - снижение норм внесения в почву и уменьшение себестоимости обработки по сравнению с существующими аналогами. Информация о заявителе Ф.И.О.: Иванов Александр Анатольевич, Возраст: 29 лет, Образование: высшее, Томский государственный университет, Основное место работы: Институт химии нефти СО РАН, Должность: научный сотрудник, Почтовый адрес: 634055, г. Томск, пр-т Академический, 5-183, Телефон: 8-903-913-4343, 8-3822-492756, Адрес электронной почты: ivanov@ipc.tsc.ru, Ученая степень: кандидат химических наук. Роль в проекте: руководитель, основной исполнитель Перечень важнейших работ: 1. Иванов А.А., Юдина Н.В., Мальцева Е.В., Матис Е.Я.. Исследование биостимулирующих и детоксицирующих свойств гуминовых кислот различного происхождения в условиях нефтезагрязненной почвы // Химия растительного сырья. 2007. № 1. С. 99-103. 2. Иванов А.А., Юдина Н.В., Тухватулин Р.Т. Изменение состава и коагулирующей способности гуминовых кислот после механохимической активации торфа // Коллоидный журнал. 2007. Том 69. № 5. С. 644–648. 3. Сваровская Л.И., Иванов А.А., Юдина Н.В., Филатов Д.А. Стимулирующее влияние гуминовых кислот на оксигеназную активность микроорганизмов нефтезагрязненных почв // Биотехнология // 2007. № 6. С. 60-64. 2 4. Иванов А.А., Юдина Н.В., Рожанская О.А., Ломовский О.И. Состав и биологическая активность продуктов механохимической активации торфа // Агрохимия. 2008. № 6. С. 34-39. 5. Юдина Н.В., Иванов А.А., Короткова Е.И., Ломовский О.И. Антиоксиданты в углеводных водорастворимых фракциях Sphagnum fuscum и сфагнового торфа // Химия твердого топлива. 2008. №2. С. 7-13. 6. Чайковская О.Н., Соколова И.В., Соколова Т.В., Юдина Н.В., Мальцева Е.В., Иванов А.А.. Влияние гуминовых кислот на фототрансформацию метилфенолов в воде // Журнал прикладной спектроскопии. 2008. Т.75. №4. С. 577-582. 7. Иванов А.А., Юдина Н.В., Ильина А.А., Ломовский О.И. Особенности состава и свойств гуминовых кислот торфов при механохимической обработке // Вестник Томского государственного педагогического университета. 2008. Вып. 4. С. 38 – 41. Данные об организации: Название организации: Институт химии нефти Сибирского отделения Российской академии наук (ИХН СО РАН), Адрес, в том числе юридический и фактический: 634021, Томск-21, проспект Академический, 3, Адрес электронной почты, страницы в Интернете: canc@ipc.tsc.ru, http://www.ipc.tsc.ru/, Фамилия, имя, отчество руководителя организации, номер телефона, факс: Алтунина Любовь Константиновна, 8-3822-491623, 8-3822-491457 Направления деятельности организации: В институте проводятся фундаментальные исследования по научному направлению – химия нефтей России: состав, строение, свойства, процессы и механизмы превращения нефтей и поверхностные явления, научные основы способов повышения нефтеотдачи и переработки углеводородного сырья, химические аспекты рационального природопользования и экологии, включая научные проблемы очистки окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами с применением физико-химических и микробиологических методов. Современное состояние исследований и разработок в области реализации проекта. Новизна предлагаемого подхода по сравнению с известными Cпособы решения проблемы обезвреживания почвы, загрязненной нефтью и нефтепродуктами: В мировой практике для обезвреживания почвы, загрязненной нефтепродуктами, применяются различные методы. К первой группе относятся методы, предусматривающие выемку загрязненного грунта и последующие мероприятия по утилизации загрязнения. Вторая группа методов включает проведение биоремедиационных мероприятий непосредственно на участке загрязнения, которые в настоящее время относятся к наиболее широко применяемым биотехнологическим методам ликвидации нефтяного загрязнения почвы. К ним относится метод биоремедиации почв от нефтяных загрязнений путем внесения в загрязненный грунт биопрепаратов на основе штаммов активных углеводородокисляющих микроорганизмов. В настоящее время охране почв от техногенных загрязнений уделяется значительно меньше внимания, чем охране воды и атмосферы. Одной из причин сложившегося положения является то обстоятельство, что почва обладает мощной самоочищающей способностью. Вместе с тем способность к самоочищению имеет свои границы. В условиях внешней среды процессы самоочищения почвы протекают крайне медленно и нуждаются в стимуляции. Так как углеводородокисляющие микроорганизмы являются постоянными компонентами почвенных биоценозов, естественно возникло стремление использовать их катаболическую активность для восстановления нефтезагрязненных почв путем внесения в загрязненный грунт препаратов на основе гуминовых кислот торфа. 3 Гуминовые кислоты являются основными компонентами в торфе, определяющими его практическое значение. Эти вещества обладают физиологической активностью по отношению к растениям и некоторым штаммам микроорганизмов, что вызывает стимулирование аборигенной микрофлоры почв. Наличие гидрофобного каркаса в гуминовых веществах определяет их способность связывать нефтяные углеводороды. Этот процесс изменяет формы существования углеводородов в окружающей среде и снижает их токсичность. Несмотря на уникальное сочетание указанных свойств, гуминовые вещества до сих пор не нашли широкого применения в практике рекультивации. Это связано с тем, что отсутствуют систематические исследования по сорбционно-детоксикационным и биостимулирующим свойствам гуминовых веществ в условиях нефтяного загрязнения. Как следствие, отсутствуют критерии выбора гуминовых препаратов для их использования в рекультивационных технологиях. Аналоги коммерческого продукта: По технической сущности к получаемому по предлагаемой технологии гуминовому стимулятору и способу его получения наиболее близок Гумат натрия «Сахалинский» из природного бурого угля – леонардита производства ООО «Биомир 2000» (г. Москва, Россия), способ получения которого основан на процессе гидролиза органической массы торфа в присутствии значительного количества щелочи. Данный препарат отличается от предложенного более сложной и затратной технологией производства из бурого угля – леонардита, который менее распространен, чем торф, что, в свою очередь, делает его более дорогим по сравнению с предложенным гуминовым препаратом. Характеристика имеющегося задела по направлению: В рамках научно-исследовательских работ и интеграционных проектов в Институте химии нефти СО РАН проведены исследования состава органических веществ торфяных залежей, болотных и речных вод геохимически сопряженных ландшафтов на отрогах Васюганского болота (Томская область), дана характеристика состава и свойств гуминовых кислот торфов олиготрофных ландшафтов южно-таежной подзоны Западной Сибири, выявлены особенности их молекулярного строения при различной степени преобразования (Юдина Н.В., Зверева А.В., Тихонова В.И., Шакиров М.М. Структурные особенности гуминовых кислот, выделенных разными способами // Тезисы докладов П Междунар. конф. «Гуминовые вещества в биосфере», 3-6 февраля 2003 г. Москва. 2003. С. 72-73). Методами ИК-, ЯМР-13С, ЭПР- спектроскопии, гель-хроматографии, кинетическим методом инициированного окисления кумола изучены состав, структурные особенности и свойства гуминовых кислот (Ivanov A., Yudina N., Lomovsky O., Mathies H. Chemical transformations of humic acids of peats of West Siberia under mechanochemical activation // Humic Substances – Linking Structure to Functions. Proceedings of the 13th Meeting of the International Humic Substances Society, July 30 to August 4, 2006, Universität Karlsruhe (TH). Band 45-I. Karlsruhe. 2006. P. 341-344). Впервые изучено биостимулирующее действие водорастворимых компонентов торфов на клеточном и тканевом уровне in vitro и на уровне целого растительного организма в вегетационных опытах in vivo, что позволило адекватно оценить степень биологической активности полученных веществ (Патент № 2322502 РФ. Способ получения биостимулятора из торфа и биостимулятор из торфа. Н.В. Юдина, А.А. Иванов, О.И. Ломовский. БИ № 11, 2008). Получены новые экспериментальные данные по детоксикации и связыванию биоцидов гуминовыми кислотами торфа (Иванов А.А. Выполнение научно-исследовательских работ молодыми учеными и преподавателями во время проведения стажировок в зарубежных научно-образовательных центрах (в том числе с участием в конференциях, симпозиумах, семинарах, школах). Исследование связывания ксенобиотиков гуминовыми кислотами: отчет о НИР (заключ.). Инвент. номер 02.2.007 00940. Код ВНТИЦ 01 0242 147 0362.№ ГР 01200612601. Томск. 2006 г.). Предполагаемые подходы к решению задачи: 4 Принципиально новым моментом в нашем случае является разработка и оптимизация технологии производства гуминовых препаратов из торфа для рекультивации нефтезагрязненных земель с применением метода механоактивации, что повышает выход гуминовых веществ и позволяет получить продукт с высокой биологической активностью и нормальной щелочностью. В проекте предполагается проведение следующих мероприятий: анализ существующих технологий биоремедиации нефтезагрязненных почв, разработка и оптимизация технологии производства гуминовых препаратов из торфа с применением метода механоактивации, апробация полученного продукта в экспериментальных условиях, разработка рекомендаций по применению полученного продукта, в том числе определение норм и способов внесения. Проект был представлен на 14-й Конференции международного гуминового общества (14-19 сентября 2008 г.) и был победителем в рамках программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса 2008». Сущность предлагаемой разработки В качестве коммерческого продукта в данном проекте рассматривается технология производства раствора гуминовых кислот, которая заключается в механохимической обработке предварительно высушенного торфа с твердой щелочью в мельницеактиваторе, дальнейшей щелочной экстракции гуминовых кислот, нейтрализации полученного раствора и разбавлении полученного исходного раствора гуматов до заданного объема. Использование механохимической обработки при производстве активного гуминового препарата позволит добиться максимального выделения гуминовых кислот из торфа и получить продукт с высокой биологической активностью и нормальной щелочностью, что обеспечит снижение требуемой нормы для обработки почвы и уменьшение его себестоимости по сравнению с существующими аналогами. Проблемы, решаемые с использование данного коммерческого продукта: Разрабатываемая технология производства гуминового стимулятора позволит наиболее эффективно проводить биологическую рекультивацию нефтезагрязненных почв, благодаря стимулирующему действию гуминовых кислот на развитие растений и на почвенную углеводородокисляющую микрофлору, а также способности связывать в малоподвижные, труднодиссоциирующие соединения токсичные и радиоактивные элементы и деструктировать соединения, негативно влияющие на экологическую ситуацию в природе. Возможные сферы применения разработки: Биологическая рекультивация загрязнённых нефтью и нефтепродуктами почв в местах добычи, переработки и использования нефти и нефтепродуктов, аварий, при транспортировке нефти и нефтепродуктов, в случае повреждений и отказов трубопроводов, в аварийных ситуациях с транспортом, для перевозки нефти и нефтепродуктов, перегрузки нефти и нефтепродуктов, хранения нефти и нефтепродуктов. В результате реализации данного проекта на рынок будет выведен новый продукт, основными потребителями которого будут нефтегазодобывающие компании (отделы окружающей среды при нефтегазодобывающем управлении) и сервисные компании, осуществляющие услуги по очистки почв от нефти и нефтепродуктов. Организация производства продукта, получаемого по предлагаемой технологии позволит решить одну из острых проблем в нефте- и газодобывающей отрасли, связанной с ликвидацией последствий разлива нефти на месторождениях, что является актуальным для РФ. Кроме того, данная разработка направлена на решение ряда задач, связанных с развитием на территории РФ торфяной отрасли. Производство данного продукта обеспечит создание 5 нового вида продукции для РФ и будет являться экологически безопасным, безотходным и отличаться низким уровнем материальных и трудовых затрат. Права на интеллектуальную собственность По предлагаемой разработке имеется ноу-хау, принадлежащее Институту химии нефти СО РАН (приказ № 30-од от 04.12.2007г.). Планируется передача ноу-хау по лицензионному договору, по которому будет даны рекомендации по выбору оборудования, техническим условиям производства гуминового препарата и способу его использования. Конкурентные преимущества Аналоги коммерческого продукта: По технической сущности к получаемому по предлагаемой технологии гуминовому стимулятору и способу его получения наиболее близок Гумат натрия «Сахалинский» из природного бурого угля - леонардита производства ООО «Биомир 2000» (г. Москва, Россия). Данный препарат отличается от предложенного более сложной и затратной технологией производства из бурого угля – леонардита, который менее распространен, чем торф, что, в свою очередь, делает его более дорогим по сравнению с предложенным гуминовым препаратом. Основные конкуренты: - научно-исследовательские институты и учреждения, занимающиеся разработкой биопрепаратов и биотехнологий для очистки окр. среды от нефти и нефтепродуктов (ФГУП «ГОСНИИСИНТЕЗБЕЛОК», Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведочный институт, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН); - компании, разрабатывающие технологии и способы очистки почв от нефти и нефтепродуктов («Деворойл», ЗАО «Биоойл», ООО научно-производственная фирма «Альбит», НПП «Эконад»). Основные параметры, определяющие качественные и стоимостные характеристики продукции (в сопоставлении с существующими аналогами): - получение продукта из торфа с применением метода механоактивации, что повышает выход гуминовых веществ, позволяет получить продукт с высокой биологической активностью и нормальной щелочностью; - снижение себестоимости получения по сравнению с существующими аналогами; - обеспечение безотходности переработки исходного сырья; - сокращение сроков реабилитации деградированных нефтью и нефтепродуктами почв; - снижение норм внесения в почву и уменьшение себестоимости обработки по сравнению с существующими аналогами. Рынок сбыта Основными потребителями предполагаются нефтегазодобывающие компании – отделы окружающей среды при нефтегазодобывающем управлении (ОАО «Томскнефть» ВНК, ОАО «Лукойл») и сервисные компании, осуществляющие услуги по очистки почв от нефти и нефтепродуктов (ООО НТО «Приборсервис», ООО «ЭКОЙЛ» и др.). Порядок коммерциализации результатов разработки Стадия разработки, срок выхода его на рынок: Коллективом подобрано сырье, определены условия процесса, определены технические условия и разработана методика для получения гуминового препарата, изготовлены опытные образцы. Для выведения продукта на рынок требуется провести следующие этапы: 6 1. Провести испытания в полевых условиях (получить акт о промышленных испытаниях) 2. Разработать и зарегистрировать технологический регламент по производству гуминового стимулятора 3. Разработать и зарегистрировать ТУ 4. Зарегистрировать гуминовой стимулятор в Госстандарте. Объектом коммерциализации является технология производства гуминового стимулятора биодеградации нефтяных загрязнений. Данная технология отличается простотой и эффективностью и позволит получать гуминовые препараты для рекультивации нефтезагрязненных земель из широкодоступного торфяного сырья и, как результат – новый экологически чистый продукт с высокой биологической активностью и низкой себестоимостью. Существенными достоинствами данной технологии является снижение материальных и трудовых затрат на производство. Принципиально новым моментом является разработка и оптимизация технологии производства гуминовых препаратов из торфа для рекультивации нефтезагрязненных земель с применением метода механоактивации. Расход щелочи при получении гуминового препарата в данном случае сокращается в 2 и более раз. Использование механохимической обработки при производстве активного гуминового препарата позволяет добиться максимального выделения гуминовых кислот из торфа и получить продукт с высокой биологической активностью и нормальной щелочностью, что обеспечит снижение требуемой нормы для обработки почвы и уменьшение его себестоимости по сравнению с существующими аналогами. Основной формой коммерциализации является передача ноу-хау по лицензионному договору, по которому будет даны рекомендации по выбору оборудования, техническим условиям производства гуминового препарата и способу его использования. Состояние и источники инвестирования в реализацию проекта Организация, на базе которой планируется осуществление проекта – Институт химии нефти СО РАН. Оценка и обоснование сроков выполнения данного проекта в полном объёме (число месяцев): Продолжительность выполнения проекта составит 12 месяцев, включая: - Анализ существующих технологий биоремедиации нефтезагрязненных почв – 4 месяца. - Разработка и оптимизация технологии производства гуминовых препаратов из торфа с применением метода механоактивации – 4 месяца. - Апробация полученного продукта в экспериментальных условиях – 4 месяца. - Разработка рекомендаций по применению полученного продукта, в том числе определение норм и способов внесения – 4 месяца. Предпосылки для успешного завершения проекта (реальность получения ожидаемого научно-технического результата): Имеется квалифицированная команда разработчиков, имеющая большой опыт в проведении научных исследований в данной области. В распоряжении научного коллектива также находится необходимая приборная база (лабораторное оборудование). Для успешной реализации проекта необходимо стороннее инвестирование, стороннее инвестирование для того, чтобы провести НИОКР: наладить производственную базу на территории Института химии нефти СО РАН для получения опытной партии гуминового стимулятора, получить при оптимальных параметрах процесса и оптимальном соотношении реагентов опытную партию гуминового стимулятора, провести тестовые испытания в полевых условиях. Это должно быть невозвратное финансирование из благотворительных фондов или в виде Государственной поддержки. 7 Кроме того, необходимо наладить контакт с потенциальными потребителями гуминового стимулятора для обсуждения конкретных особенностей, преимуществ и необходимых усовершенствований нового продукта, что поможет соразмерить желаемые потребителями усовершенствования и характеристики с ограничениями во времени и финансовых затратах. Провести в полном объеме патентные исследования за ближайшие 5 лет на территории России, провести маркетинговые исследования и по завершению НИОКР разработать стратегию коммерциализации с подробным планом маркетинговых мероприятий для вывода коммерческого продукта на рынок. Подать заявку на изобретение в Роспатент. Предстоящие затраты по проекту Финансовые показатели проекта: - Себестоимость получаемого по предлагаемой технологии 1 литра гуминового препарата составляет 15 руб. (в лабораторных условиях). - Цена обработки гуминовым препаратом, полученным по предлагаемой технологии: 1500-2000 тыс.руб./га. - Объем запрашиваемых платежей по лицензионному договору: первоначальный платеж 100 тыс. руб., роялти 3-5% от суммы выполняемых работ. Основные направления расходования средств: Закупка необходимых химических реагентов и оборудования для получения опытной партии гуминового стимулятора. Проведение тестовых испытаний в полевых условиях (получить акт о промышленных испытаниях). Проведение маркетинговых мероприятий. Провести в полном объеме патентные исследования за ближайшие 5 лет на территории России. Оплата работ сторонних организаций (разработка и регистрация регламента и ТУ, сертификация). Фонд оплаты труда. 8
