Технологии обращения с навозом и пометом, направленные на снижение эмиссии парниковых газов (обзор)

Одной из экологических проблем, связанных с накоплением навоза и помета, является эмиссия парниковых газов. В процессе хранения, а также обработки навоза и помета происходят выбросы трех основных парниковых газов – углекислого газа (CO₂), метана (СН₄) и закиси азота (N₂O). Помимо этого, также присутствуют выбросы аммиака (NH₃), который не является парниковым газом, но относится к 4-му классу опасных химических веществ. Снижение величины их выбросов является важным условием повышения экологичности отрасли животноводства. Цель обзора – на основе экспертного анализа источников научно-технической информации выделить технологические приемы, направленные на снижение эмиссии парниковых газов и аммиака. Отмечено, что на этапе хранения навоза эффективно применение укрытия поверхности навозохранилища, разделение навоза на твердую и жидкую фракции с их последующей раздельной обработкой, подкисление жидкой фракции, использование очистных сооружений для адсорбции аммиака. Анализируя технологии переработки навоза установлено, что наиболее доступной является его компостирование с влагопоглощающим углеродосодержащим материалом. С целью снижения эмиссии парниковых газов и аммиака целесообразно применение технологий активного (ускоренного) компостирования, осуществляемого в биоферментаторах различной конструкции. Наиболее эффективными с экологической точки зрения следует признать такие технологии переработки, как анаэробное сбраживание и получение биоугля, которые осуществляются в аппаратах закрытого типа. Косвенное влияние биоугля на эмиссию парниковых газов проявляется в снижении выбросов закиси азота из почвы при внесении его в качестве агромелиоранта или использования в качестве добавки при компостировании. Применение описанных технологий в интенсивном животноводстве будет способствовать исполнению требований Парижского соглашения и соответствующих законодательных актов Российской Федерации о сокращении выбросов парниковых газов.

1. Федоренко В. Ф., Буклагин Д. С., Зозуля А. Н., Нагорнов С. А., Голубев И. Г., Коноваленко Л. Ю. Инновационные технологии производства биотоплива второго поколения. М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2009. 68 с.

2. Синельников М. Побочные продукты – это не отходы. Животноводство России. 2023;(2):8–11. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=50232035 EDN: VKUEWA

3. Попов В. Д., Максимов Д. А., Брюханов А. Ю. Экологические проблемы сельскохозяйственного производства и их решение в Северо-Западном федеральном округе РФ. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2013;(4):4–7. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=20171875 EDN: QZKYNL

4. Шестаков А. Г., Васильев Д. А., Терешкин А. С., Молофеева Н. И., Калдыркаев А. И. Компостирование органических отходов сельскохозяйственных животных: монография. Ульяновск: ФГБОУ ВО Ульяновский ГАУ, 2018. 112 с. Режим доступа: https://lib.ugsha.ru/bitstream/123456789/2669/1/99b43218abb0c969bae9ec01534faf81.pdf

5. Брюханов А. Ю. Обеспечение экологической безопасности животноводческих и птицеводческих предприятий (наилучшие доступные технологии). СПб.: ИАЭП, 2017. 293 с.

6. Шанина Ел. В., Шанина Ек. В. Выбросы парниковых газов от животноводства. Научнопрактические аспекты развития АПК: мат-лы национальной научн. конф. Красноярск: Красноярский ГАУ, 2023. С. 35–37. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=50353626 EDN: UNLQXJ

7. Гриднев П. И., Гриднева Т. Т. Эмиссия парниковых газов и аммиака из навоза в процессе уборки и подготовки его к использованию. Техника и технологии в животноводстве. 2017;(1):25–33. DOI: https://doi.org/10.24411/2226-4302-2017-00037 EDN: YFOBMD

8. Гриднева Т. Т. Эмиссия вредных газов при производстве животноводческой продукции. Техника и технологии в животноводстве. 2012;(4):61–69.

9. Chadwick D. R., Sommer S. G., Thorman R. E., Fangueiro D. Cardenas L., Amon B., Misselbrook T. Manure management: Implications for greenhouse gas emissions. Animal Feed Science and Technology. 2011;(166–167):514–531. DOI: https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2011.04.036

10. Казаровец И. Н., Зыбайло Д. В. Выделение парниковых газов при хранении навоза. Техническое обеспечение инновационных технологий в сельском хозяйстве: сб. научн. ст. Международ. научн.-практ. конф. Минск: БГАТУ, 2023. С. 410–413.

11. Guarino M., Claudio F., Brambilla M., Valli L., Navarotto P. Evaluation of simplified covering systems to reduce gaseous emissions from livestock manure storage. Transactions of the ASABE. 2006;49(3):737–747. DOI: https://doi.org/10.13031/2013.20481

12. Vanderzaag A. C., Gordon R., Glass V. M., Jamieson R. Floating Covers to Reduce Gas Emissions from Liquid Manure Storages: A Review. Applied Engineering in Agriculture. 2008;24(5):657–671. DOI: https://doi.org/10.13031/2013.25273

13. Хеллстедт М., Сипила И. Влияние пористого плавающего пластикового покрытия для хранилищ жидкого навоза на снижение эмиссии аммиака и парниковых газов. Экология и сельскохозяйственная техника: сб. тр. СПб.: СЗНИИМЭСХ РАСХН, 2009. С. 101–107.

14. Базыкин В. И. Способы снижения выбросов климатически активных газов на свинофермах. АгроЭкоИнженерия. 2023;(4):113–129. DOI: https://doi.org/10.24412/2713-2641-2023-4117-113-129 EDN: KJQADE

15. Терентьев Ю. Н., Сырчина Н. В., Ашихмина Т. Я., Пилип Л. В. Снижение эмиссии запахообразующих веществ в условиях промышленных свиноводческих предприятий. Теоретическая и прикладная экология. 2019;(2):113–120. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-2-113-120 EDN: BZVXWD

16. Сырчина Н. В., Пилип Л. В. Влияние подкисления на эмиссию сероводорода в органических отходах свинокомплексов. Проблемы региональной экологии. 2021;(4):102–106. DOI: https://doi.org/10.24412/1728-323X-2021-4-102-106 EDN: FFHLRY

17. Пилип Л. В., Козвонин В. А., Сырчина Н. В., Колеватых Е. П., Ашихмина Т. Я. Влияние подкисления навозных стоков на их микробиологические характеристики. Теоретическая и прикладная экология. 2020;(3):161–167. DOI: https://doi.org/10.25750/1995-4301-2020-3-161-167 EDN: YEQKIR

18. Савина А. И. Применение наилучших доступных технологий (НДТ) с целью уменьшения выбросов парниковых газов в животноводстве (на примере свинокомплекса "Кудряшовский"). Труды III Гранберговской конференции: сб. докл. Всеросс. конф. с международ. участием, посвящ. памяти акад. А. Г. Гранберга. Новосибирск: ИЭОПП СО РАН, 2023. С. 280–286. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54958629 EDN: ULXKZA

19. Ножевникова А. Н., Миронов В. В., Бочкова Е. А., Литти Ю. В., Русскова Ю. И. Состав микробного сообщества на разных стадиях компостирования, перспектива получения компоста из муниципальных органических отходов (обзор). Прикладная биохимия и микробиология. 2019;55(3):211–221. DOI: https://doi.org/10.1134/S0555109919030103 EDN: ZADBWP

20. Суховский Д. А., Шкрабак Р. В. Обеспечение нормированных условий труда в животноводстве и птицеводстве при хранении, переработке и использовании вторичного сырья. Приоритеты развития АПК в условиях цифровизации и структурных изменений национальной экономики: мат-лы международ. научн.- практ. конф. профессорско-преподавательского состава, посвящ. 190-летию со дня рождения И. А. Стебута. СПб.: Санкт-Петербургский ГАУ, 2023. С. 183–187. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54170361&pff=1 EDN: CCRGSB

21. Котов Е. Г., Кокунова И. В., Ружьев В. А. Разработка классификации технических средств для производства органических компостов. Роль молодых ученых в решении актуальных задач АПК: cб. по мат-лам международ. научн.-практ. конф. молодых учёных. СПб-Пушкин: Санкт-Петербургский ГАУ, 2018. С. 179–182. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=34914357 EDN: UOVJFE

22. Paul J., Wagner-Riddle C., Thomson A., Fleming R., MacAlpine M. Composting as a Strategy to Reduce Greenhouse Gas Emissions. Presented at: Climate Change 2 Canadian Technology Development Conference, October 3–5, 2001.

23. Sayara T, Sanches A. Gaseous Emissions from the Composting Process: Controlling Parameters and Strategies of Mitigation. Processes. 2021; 9(10):1844. DOI: https://doi.org/10.3390/pr9101844

24. Брюханов А. Ю., Шалавина Е. В., Вертянкина В. Ю., Романовская А. А., Васильев Э. В. Влияние технологий переработки навоза и помета на эмиссии парниковых газов. Инженерные технологии и системы. 2024;34(4):563–583. DOI: https://doi.org/10.15507/2658-4123.034.202404.563-583 EDN: FXVRMF

25. Li L., Liu Y., Kong Y., Zhang J., Shen Y., Li G., Wang G., Yuan J. Relating Bacterial Dynamics and Functions to Greenhouse Gas and Odor Emissions during Facultative Heap Composting of Four Kinds of Livestock Manure. Journal of Environmental Management. 2023;(345):118589. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2023.118589

26. Уваров Р. А. Обзор технологий биоконверсии навоза КРС, наиболее адаптированных к условиям Северо-Запада России. Инновации в сельском хозяйстве. 2015;(2):273–276. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23794394 EDN: UASABZ

27. Уваров Р. А. Анализ технологий переработки твердого навоза и помета, адаптированных к условиям Северо-Западного федерального округа. Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017;(93):133–146. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=30782061 EDN: ZXPRYF

28. Петрунина И. В., Горбунова Н. А. Системные меры по снижению выбросов парниковых газов в животноводческих хозяйствах. Обзор. Пищевые системы. 2022;5(3):202–211. DOI: https://doi.org/10.21323/2618-9771-2022-5-3-202-211 EDN: ZIUPJC

29. Battini F., Agostini A., Boulamanti A. K., Giuntoli J., Amaducci S. Mitigating the environmental impacts of milk production via anaerobic digestion of manure: case study of a dairy farm in the Po Valley. Science of the Total Environment. 2014;481(1):196–208. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2014.02.038

30. Клочкова Е. С., Харламова М. Д. Сокращение выбросов парниковых газов в результате применения технологии анаэробного сбраживания органических отходов на примере птицефабрики в Ленинградской области. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2015;(3):96–104. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=24307158 EDN: ULXTIX

31. Kreidenweis U., Breier J., Herrmann C., Libra J., Prochnow A. Greenhouse Gas Emissions from Broiler Manure Treatment Options Are Lowest in Well-Managed Biogas Production. Journal of Cleaner Production. 2021;280(2):124969. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124969

32. Голубев И. Г., Масловский С. А., Гольтяпин В. Я. Перспективы использования биогаза, полученного из навоза и помета в качестве топлива для дизелей сельскохозяйственной техники. Техникотехнологическое обеспечение инноваций в агропромышленном комплексе: cб. ст. по мат-лам ІІІ Международ. научн.-практ. конф. молодых ученых. Мелитополь: Мелитопольский ГУ, 2025. С. 617–621. Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=80543577&pff=1 EDN: CDGXWT

33. Караева Ю. В., Олейникова Е. Е., Слобожанинова М. В. Оценка выхода биогаза при анаэробной конверсии растительного сырья. BIOAsia-Altai. 2024;4(1):435–438. Режим доступа: https://journal.asu.ru/bioasia/article/view/16469

34. Орынбаев Н., Алдабергенов М. Новые методы переработки органических веществ для производства новой продукции из отходов. Izdenister natigeler. 2023;(3):152–162. DOI: https://doi.org/10.37884/3-2023/16

35. Масловский С. А., Голубев И. Г., Кузьмина Т. Н., Неменущая Л. А., Цыганкова К. Ю. Переработка побочной продукции животноводства на биоуголь. Современные тенденции развития науки и мирового сообщества в эпоху цифровизации (шифр – МКСТР): мат-лы XXIX международ. научн.-практ. конф. М.: АНО ДПО Центр развития образования и науки, 2024. С. 85–89. Режим доступа: https://voenvestnik.ru/PDF/29МКСТР.pdf

36. Бабичев А. Н., Юркова Р. Е., Докучаева Л. М. Оценка возможности возделывания сельскохозяйственных культур при загрязнении почв тяжелыми металлами. Экология и водное хозяйство. 2022;4(4):12–26. DOI: https://doi.org/10.31774/2658-7890-2022-4-4-12-26 EDN: HEVMKI

37. Брындина Л. В., Свистова И. Д., Бакланова О. В. Восстановление микробиологической активности почв после гербицидного стресса. Лесотехнический журнал. 2022;12(2):43–55. DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2022.2/4 EDN: GWPGIP

38. Бучкина Н. П., Балашов Е. В., Рижия Е. Я., Павлик С. В., Horak J., Igaz D. Влияние биоугля на свойства почв и эмиссию парниковых газов: мат-лы научной сессии по итогам 2013 года Агрофизического института, Санкт-Петербург, 20–21 марта 2014 года. СПб.: Агрофизический научно-исследовательский институт РАСХН, 2014. С. 165–170.

39. Мухина И. М., Рижая Е. Я. Применение биоугля для эффективного управления эмиссией парниковых газов из почв. Тенденции развития агрофизики: от актуальных проблем земледелия и растениеводства к технологиям будущего: мат-лы II Международ. научн. конф. СПб.: Агрофизический научно-исследовательский институт РАСХН, 2019. С. 655–661.

40. Castro‐Herrera D., Prost K., Kim D.-G., Yimer F., Tadesse M., Gebrehiwot M., Brüggemann N. Biochar Addition Reduces Non‐CO2 Greenhouse Gas Emissions during Composting of Human Excreta and Cattle Manure. Journal of Environmental Quality. 2023;52(4):814–828. DOI: https://doi.org/10.1002/jeq2.20482

41. Romero C. M., Redman A.-A. P. H., Owens J., Terry S. A., Ribeiro G. O., Gorzelak M. A. et al. Effects of Feeding a Pine-Based Biochar to Beef Cattle on Subsequent Manure Nutrients, Organic Matter Composition and Greenhouse Gas Emissions. Science of the Total Environment. 2022;(812):152267. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152267

42. Гарзанов А. Л., Дорофеева О. А. Производство гранулированных органических и органоминеральных удобрений из помета и навоза – наилучшие доступные технологии их утилизации. Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018;(95):227–235. DOI: https://doi.org/10.24411/0131-5226-2018-10051 EDN: XRQYLB

43. Тюрина Е., Свиридов М., Нестерова О., Сакара Н. Бизнес-модель применения биоугля сельхозпредприятиями с учетом концепции LCA (Life Cycle Assessment) и углеродного следа. Известия Дальневосточного федерального университета. Экономика и управление. 2023;104(4):106–120. DOI: https://doi.org/10.24866/2311-2271/2022-4/106-120