Организация производства сорбентов для очистки питьевой воды от мышьяка
Исполнитель: Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
Руководитель проекта:
Адрес: г. Томск, пр. Академический, 2/1
Телефон: (38,
Факс: (38
Описание проекта/технологии | |
Аннотация (описание разработки/технологии) | В Томском научном центре СО РАН разработаны гранулированные сорбенты на основе нановолокон, которые обладают всеми необходимыми технико-экономическими характеристиками, чтобы решить проблему обеспечения чистой водой населения этих стран. Они недороги (5$ за 1 кг), обладают высокой пропускной способностью и колоссальным ресурсом работы (100000 литров при исходной концентрации мышьяка 50 мкг/л и средних pH). Целью проекта является организация многотоннажного (десятки тысяч тонн в год) производства сорбента мышьяка, а также картриджей для водоочистных устройств на его основе. Планируемый объем продаж – $500 млн. (до 100 тыс. тонн). |
Существующая проблемная ситуация по направлению разработки | В густонаселенных странах (Индия, Китай, Вьетнам, Тайвань, Корея, Африка, Аргентина, Чили, Мексика) более 80% источников питьевой воды имеют концентрации мышьяка, в десятки раз превышающие установленные стандартом Всемирной организации здравоохранения допустимые концентрации. Во Вьетнаме концентрация мышьяка в питьевых колодцах выше ПДК в 300 раз, а в Бангладеш, согласно данным ВОЗ, сегодня происходит самое массовое в истории человечества отравление, которое возникло из-за заражения питьевой воды мышьяком. Большинство существующих методов очистки воды от мышьяка характеризуется высокой затратностью и соответственно ценой для конечного пользователя, что снижает их конкурентоспособность. Наиболее экономически эффективны методы фильтрации или комбинированные методы сорбции и фильтрации. Однако полную очистку гарантируют только современные системы обратного осмоса, основанные на использовании мембран с очень малым размером пор. Это достаточно сложные и дорогие устройства, не конкурентоспособные по цене с предлагаемым сорбентом. |
Технологическая сфера | |
– Электроника и оптоэлектроника | – Электроника, – Высокие технологии, – Информация, – Связь, – Оптоэлектроника |
– Механика и аэронавтика | – Механика, – Аэронавтика, – Астронавтика, – Автоматика, – Электричество, – Транспорт |
– Материалы и химическое производство | – Химическая промышленность, – Новые материалы |
– Биотехнологии и Фармацевтическая промышленность | – Биотехнологии, – Медицина, – Фармакология |
– Поддерживающее производство | – Энергия, Х Ресурсы, – Технологии защиты окружающей среды, Х Безопасность и здоровье |
– Другое (указать) | |
Основные характеристики разработки/технологии | |
Назначение/описание(сфера применения) | Разработанный композиционный сорбент GR-3 представляет собой инертный носитель (экологически безопасный материал) с развитой поверхностью, на который нанесены активированные нановолокна. Сорбент GR-3 изготавливается в форме гранул. Обладая высокой удельной поверхностью, сорбент GR-3 имеет высокую сорбционную емкость по отношению к мышьяку, свинцу, хрому, никелю, цинку. |
Технические характеристики | Перепад рабочих давлений на входе-выходе, бар 0,2-0,3 Ресурс работы по мышьяку (до проскока), л 100000 Насыпная плотность, г/см3 0,7 ± 0,15 Размер гранул (диаметр), мм 0,2 – 1,2 Массовая доля целевой фракции, % не менее 90 Суммарный объем пор, см3/г, не менее 0,55 Cкорость истирания на линейном участке % мин, не более 0,3 Удельная поверхность, м2/г 220-250 |
Сравнение с существующими аналогами | Среди конкурирующих сорбентов мышьяка лучшим мировым аналогом сорбента GR-3 является сорбент Bayoxide® E 33 производства фирмы Bayer AG. Он представляет собой гранулированный оксигидроксид железа FeOOH с размером гранул 0,5–2,0 мм и удельной поверхностью 150 м2/г. Цена 1 кг Е33 составляет около $6,6. Сравнение технических характеристик сорбента GR-3 и сорбента Bayoxide ® E33 показало, что динамическая сорбционная емкость (до содержания мышьяка в фильтрате 10 мкг/л) для сорбента GR-3 более чем в 2 раза выше, чем сорбционная емкость Е33. Превосходство сорбционной емкости GR-3 перед аналогичным показателем Е33 наблюдается в широком диапазоне pH. Кроме того, E-33 намного сильнее подвержен эрозии в потоке воды. |
Конкурентные преимущества (экономические) | Приведенные выше данные показывают, что по сравнению с сорбентом фирмы Bayer AG, разработанный наносорбент GR-3 при прочих близких технико-экономических характеристиках имеет в разы более высокий ресурс работы. Цена очистки 100 литров воды от мышьяка сорбентом GR-3 (около $0,01) до концентрации менее 10 мкг/л более чем в 2 раза ниже цены очистки от мышьяка 100 литров воды сорбентом Bayoxide ® E33 (около $0,02). Этот показатель определяет ключевое конкурентное преимущество сорбента GR-3, так как платежеспособность населения наиболее страдающего от заражения воды мышьяком очень низка. |
Существенные признаки новизны (инновационный потенциал) | Отличительной чертой предложенного сорбента является использование в составе сорбента активированных нановолокон. За счет этого удается развить удельную поверхность сорбента и достичь высоких показателей сорбционной емкости по мышьяку. |
Рыночный потенциал (для разработок/ технологий двойного назначения другие возможные области применения и потенциальные потребители) | По прогнозам, запасы чистой питьевой воды на душу населения Земли снизятся на три четверти уже к 2025 году по сравнению с запасами воды в 1950 году. Организация Объединенных Наций определила 300 зон по всему миру, где существует конфликты из-за воды; ожидается, что данная цифра может только увеличиться: в то время как мировое население утроилось за последние 100 лет, потребление воды возросло в 6 раз («Вода: новая нефть», стр. 26). ЮНЕСКО предсказывает, что к 2025 г. глобальная потребность в чистой воде увеличится на 20% для сельского хозяйства, на 50% для промышленности и на 80% для внутреннего потребления. В связи с этим многие экономисты и ученые опасаются, что войны 21 века будут вестись не за нефть, а за питьевую воду. Сегодня более 1,1 миллиарда людей не имеют доступа к источникам чистой питьевой воды (65% в Азии и 27% в Африке). Ежегодно от 1.7 до 2.2 миллионов человек погибают от болезней, передающихся с водой. От употребления загрязненной воды каждые 8 секунд погибает человек. Во многих странах проблема обеспечения населения безопасной питьевой водой является проблемой выживания. Содержание мышьяка в питьевой воде угрожает здоровью сотням миллионов людей в таких странах как Аргентина, Австралия, Бангладеш, Чили, Китай, Венгрия, Индия, Мексика, Перу, Тайланд, Тайвань, Корея, Африка, США. Более 2 миллиардов человек в мире используют питьевую воду, качество которой напрямую зависит от состояния грунтовых вод. Реки в этих странах заражены опасными микроорганизмами и техногенными отходами, а в грунтовых водах содержится повышенная концентрация мышьяка и других ядовитых веществ. Мышьяк встречается в водах протекающих через горные породы, богатые мышьяком. Он вызывает серьезные заболевания в популяциях, долгое время употребляющих загрязненную воду. Хроническое отравление мышьяком приводит к развитию рака кожи, легких, мочевого пузыря и почек. Риск развития рака повышается уже при таких низких концентрациях мышьяка в воде как 0.05 мг/л (NRC, 1998; Smith, et al, 2000). Было также показано, что хроническое отравление мышьяком вызывает серьезные нарушения микроциркуляции крови и приводит к развитию гангрены стоп (Китай, Тайвань). Проблема хронического отравления мышьяком актуальна во многих странах, от США до Вьетнама. |
Оценка рынка, объем платежеспособного спроса и его география | В целом, более 80% источников питьевой воды в странах Юго-Восточной Азии имеют концентрации мышьяка в десятки раз превышающие предельно допустимые концентрации (например, во Вьетнаме концентрация мышьяка в питьевых колодцах выше ПДК в 300 раз). Сегодня около 20% населения стран Юго-Восточной Азии лишены возможности пить чистую воду. В Индии, Китае вместе со странами Юго-Восточной Азии сегодня проживает более 3 млрд. человек. Это значит что не менее чем 500 млн. чел. имеют острую нужду в организации безопасного водоснабжения. В масштабах потребности 500 млн. человек, объем реального спроса составляет 500 тысяч тонн сорбента в год, около 2,5 млрд. долл. США в год (это составляет примерно 1,4% ВВП стран Юго-Восточной Азии, исключая Индию и Китай). В 2003 году Institute of Economic Growth, Delhi, World Bank и Bangladesh Rural Advancement Committee в рамках программы Water Sanitation Program-South Asia провели маркетинговое исследование потребности населения Бангладеш в очищенной от мышьяка воде. Согласно полученным в этой работе данным, с учетом реальных доходов и на основании прямых опросов населения Бенгальской Дельты (Индия и Бангладеш), сумма приемлемых расходов на очистку воды составляет $2,55–3,3 на 1 жителя в год. При расчете минимального потребления воды, сумма затрат на обеспечение одного человека чистой водой — менее $1 в год. Эта величина значительно меньше нижней границы диапазона реальной платежеспособной цены на чистую воду в данном регионе, что позволяет говорить о возможности продаж сорбентов мышьяка даже в беднейшие страны мира. |
Текущая стадия развития разработки/технологии | |
– НИР | Х макет, опытный образец |
– промежуточный НИОКР, дополнительные исследования | –промышленный образец |
– другое (указать) | |
Стадия коммерциализации | |
– проведены маркетинговые исследования | – уже на рынке России |
Х наличие бизнес - плана | – другое (указать) |
Режим охраны и порядок использования интеллектуальной собственности (ИС) | |
Х в режиме know-how | – соглашение о распределении прав на объекты ИС |
– подана заявка на патенты, но патенты еще не получены | – имеется лицензионное соглашение |
– патенты получены | – другое (указать) |
Комментарии (даты и номера имеющихся документов/патентов, патентообладатель) | |
Владелец прав на объекты интеллектуальной собственности | Институт физики прочности и материаловедения СО РАН |
Срок выполнения работ, необходимых для доведения разработки до коммерциализации, результаты | |
- этапы работ | 2006 1. Маркетинговые исследования 2. Проектно-конструкторские работы 3. Организация опытно-промышленного производства 2007 4. Выпуск опытных партий 5. Организация серийного производства |
- срок выполнения работ | 2006 – 2007 год |
- ожидаемые результаты | Организация первой очереди серийного производства сорбента объемом 20 тыс. тонн в год. |
Необходимые финансовые ресурсы для выполнения проекта (в долларах США) | |
Общая стоимость проекта | $100 млн. |
Источники финансовых средств | |
1. Бюджетные средства | |
2. Средства заказчика | |
3. Собственные средства | |
4. Другое (указать) | обсуждается в процессе переговоров |
Направления расходования финансовых средств (в долларах США) | |
- оборудование | $40 млн. |
- материалы | |
- оплата труда | |
- прочие расходы (указать) | строительство $50 млн., маркетинг и продвижение $10 млн |
Потенциальный промышленный партнер | |
-полное наименование | ОАО "Томский нефтехимический комбинат" |
Организации – соисполнители | |
- наименование | ФГУП "Рособоронэкспорт" |
Необходимая помощь от возможных партнеров | |
Поиск инвесторов и партнеров по продвижению продукции на мировой рынок. Как вариант – помощь в установлении контактов с руководством Bayer AG (Германия) на предмет организации совместного производства и продвижения продукции на рынок. Контактов с руководством фирмы Bayer AG не было. Роль зарубежного партнера – организация выпуска устройств для очистки воды от мышьяка на основе сорбента GR-3 и их реализация на мировом рынке. | |
