Гуминовый стимулятор биодеградации нефтяных загрязнений

Конкурс русских инноваций

Перспективный проект

Гуминовый стимулятор биодеградации нефтяных загрязнений

Руководитель проекта: ,

научный сотрудник, кандидат химических наук

2010

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.: ,

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: [phone],

Адрес электронной почты,

Ученая степень: кандидат химических наук.

Роль в проекте: руководитель, основной исполнитель

Перечень важнейших работ:

1.  , , . Исследование биостимулирующих и детоксицирующих свойств гуминовых кислот различного происхождения в условиях нефтезагрязненной почвы // Химия растительного сырья. 2007. № 1. С. 99-103.

2.  , , Тухватулин состава и коагулирующей способности гуминовых кислот после механохимической активации торфа // Коллоидный журнал. 2007. Том 69. № 5. С. 644–648.

3.  , , Филатов влияние гуминовых кислот на оксигеназную активность микроорганизмов нефтезагрязненных почв // Биотехнология // 2007. № 6. С. 60-64.

4.  , , Ломовский и биологическая активность продуктов механохимической активации торфа // Агрохимия. 2008. № 6. С. 34-39.

5.  , , Ломовский в углеводных водорастворимых фракциях Sphagnum fuscum и сфагнового торфа // Химия твердого топлива. 2008. №2. С. 7-13.

6.  , , . Влияние гуминовых кислот на фототрансформацию метилфенолов в воде // Журнал прикладной спектроскопии. 2008. Т.75. №4. С. 577-582.

7.  , , Ломовский 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/,

Фамилия, имя, отчество руководителя организации, номер телефона, факс: , 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. 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 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 (, , Шакиров 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 № 000 РФ. Способ получения биостимулятора из торфа и биостимулятор из торфа. , , . БИ № 11, 2008). Получены новые экспериментальные данные по детоксикации и связыванию биоцидов гуминовыми кислотами торфа (Иванов 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:

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 мельнице-активаторе, 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 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 от 01.01.2001г.). 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 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. РАН);

- компании, разрабатывающие технологии и способы очистки почв от нефти и нефтепродуктов («Деворойл», , -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 ( ВНК, ) и сервисные компании, осуществляющие услуги по очистки почв от нефти и нефтепродуктов ( «Приборсервис», 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:

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.

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.