Фермы на болотах

                Данная статья представляет из себя четвёртую из цикла о том, какие технологии предлагаются для развития на территории России для более полного использования её экономического потенциала и получения конкурентного преимущества, основанного на её специфических климатических условиях.

Предыдущие статьи можно найти на сайтах

https://aftershock.news/?q=node/411087

https://aftershock.news/?q=node/512752

https://aftershock.news/?q=node/513563

https://aftershock.news/?q=node/533116

                Вкратце, рассмотрение климата России показывает насколько этот самый климат хуже чем в других странах: в среднем он холоднее,  переходов через 0 градусов (это когда вода заползает во всякие дырочки, замерзает, расширяется и лёд разрушает все конструкции) больше чем у других. Поэтому урожайность оказываетя ниже чем у партнёров, плотность населения ниже, дороги длиннее - и разваливаются благодаря климату быстрее.

                Приоритет в развитии технологий должен сконцентрироваться на технологиях использования холодного, континентального климата и низкой плотности населения страны в условиях уменьшающихся выработок, отдачи и продаж нефти и газа.

                Пунктом # 8 на сайте значится "Технологии медленных многостадийных процессов, протекающих на холоде, требующие значительных объёмов и площадей для оборудования и человеческого участия... Самыми перспективными процессами являются биотехнологические..." -  причём такие которые работали бы на холоду.

                Россия исторически унаследовала от СССР атомные технологии; её АЭС могут производить большое количество дешёвых тепла и электричества для больших городов . Oднако снабжение энергией небольших ферм, выращивающих еду для прокормления населения этих городов, оказывается затруднённым. Энергетическое потребление каждой из этих ферм оценивается порядком 100 кВ-1 МВ. Такое снабжение можно было бы решить строительством большого числа небольших маломощных атомных электростанций. Однако их малая мощность вела бы к большой стоимости каждого киловатт-часа, а их большое число увеличивало бы вероятность аварий. Поставка энергии в виде периодического завоза топлива, строительство протяжённых ЛЭП и/или газопроводов потребителям, характеризующихся малой потребляемой мощностью, ведёт к удорожанию каждой единицы произведенной ими продукции - до такой степени, что любая сельскохозяйственная активность на большей части территории страны оказывается попросту невыгодной. В результате комбинации этих факторов общий размер посевных площадей составляет только 4.6% территории страны (79.3 млн га из 17 125 191 км²).

                Разработка дешёвых автономных источников энергии мощностью 100 кВ-1 МВ смогла бы повысить энерговооружённость небольших ферм. Перспективными технологиями здесь могли бы являються солнечная фотоволтаика и ветроэнергетика. Однако солнечная освещённость (инсоляция) на бОльшей территории России ниже чем во многих других странах, что ведёт к более низкой выработке электричества солнечными панелями чем на панелях, установленных в других странах. ВетрА в среднем (без учёта побережья Северного Ледовитого Океана, где население слишком мало) также несильные, что уменьшает отдачу от ветряков.

                Одна из моих предыдущих публикаций  описывает вариант энергоснабжения небольших ферм  солнечными панелями, установленых на плоских дирижаблях - технологии, позволяющей использовать специфику климата России для получения конкурентного преимущества.

                Даже если еда оказывается произведена на ферме, её транспортировка в город в условиях России (низкая плотность населения, низкие транспортные потоки, большие средние расстояния, быстрое естественное разрушение дорожного полотна) часто оказывается экономически нецелесообразным. Вдобавок, большая территория России покрыта болотами, транспортировка через которые наземным транспортом оказывается невозможной. Так, под болотами в России насчитывается 108,7 млн га, что составляет 6,3% общей площади земельного фонда страны. В России наиболее заболочены тундра и таежная зона. В зоне тундры заболоченность некоторых районов достигает 50%. В таежной зоне сосредоточено около 80% всех торфяных болот. В пределах Европейской части России наиболее заболочены Республика Карелия, Вологодская и Ленинградская области; здесь заболоченность достигает 40%. В зоне тайги Западно-Сибирской равнины заболоченность доходит до 70%. Много болот на Дальнем Востоке, особенно в Приамурье. Источник: https://geographyofrussia.com/bolota-v-rossii/

                Таким образом, хотя Россия и находится на втором месте в мире по пресноводным ресурсам, существенная часть этой воды находится в такой форме, которая не только не используется в экономике, но ещё и этой экономике мешает. Поэтому имеет смысл развить такую технологию, которая бы использовала этот ресурс на благо экономике.

                В этой публикации я рассматриваю перспективную агротехнологию выращивания, самотранспортировки и самосборе еды, которая может отличиться высокой эффективностью и обеспечить конкурентное преимущество если будет применена именно в России.

                Итак, главным источником еды является фотосинтез, запасающий энергию солнечного излучения в виде органических соединений. Если мы хотим использовать болота для выращивания растений, то самым подходящим кандидатом будет болотная ряска, иллюстрированная на фото 1.

            Преимущества ряски перед  другими культурами таковы:

1) Ряска растёт в воде, что позволяет использовать болота для её выращивания. Сложные мелиоративные работы, такие как осушение болот, оказываются ненужными.

2) Урожай ряски (60-100 т/га в год, https://valmiks.ru/blog/134-kormocaja-baza-vodoemov-1.html) может намного превышать таковой у пшеницы (в среднем по России - 26.8 ц/га, http://ab-centre.ru/page/urozhaynost-pshenicy).

3) В подходящих условиях она может удвоить свою массу каждые 24 — 48 часов (http://method-estate.com/archives/4793).

4) Ряска используется как добавка к корму для птиц (уток и гусей), рыб и животных (свиней).

5) Неприхотливость.  Ряска способна приспособиться к почти любым условиям содержания. Температурные показатели  могут варьировать от +15°C до +30°C. Жесткость и pH окружающей среды не имеют для этого растения принципиального значения. Она устойчива к болезням и вредителям (https://leplants.ru/lemna/).

                Выросшую ряску имеет смысл скармливать рыбам (напр. карпам), а не теплокровным животным, чтобы уменьшить потери энергии на обогрев – потери, которые в Росии, с её холодным климатом, будут выше чем в большинстве стран - партнёров по глобусу. Вдобавок, вся ферма будет организована так что рыбы будут сами плыть к месту поимки, тратя гораздо меньше энергии на медленное плавание, чем животные  на ходьбу или сельхозтехника  на езду. Таким образом, помимо того что рыбы не будут терять энергию на обогрев себя и Вселенной, их транспортировка на ферме также будет потреблять меньше энергии. В идеале, каждый килограмм белка рыбы полученный в российской ряско-рыбо-ферме может обойтись меньше чем килограмм белка  мяса (говядины) полученный на традиционной ферме выращивающей зерновые и скармливающей их КРС.

                Поскольку в 2017 г. Россия импортировала рыбы на $1,6 млрд, замещение этого импорта - и, возможно, экспорт готового продукта - создаст в России рабочие места, принесёт миллиардные прибыли, позволит увеличить своё население и увеличит внутренний рынок.

                Однако для развития ряско-рыбных болотных ферм нужно преодолеть несколько проблем. Так, для быстрого успешного роста и развития ряски необходимы: 1) Сильное освещение; 2) Температура в интервале от +15 до +30 ^oС; 3) Отсутствие ветра, который может сбивать ряску с поверхности водоёма. Сразу видно что в то время как бОльшая часть территории России удовлетворяет третьему требованию, первые два требования оказываются невыполненными. Вдобавок, ряска затягивает поверхность воды и препятствует аэрации водоёма, таким образом подавляя дыхание рыб; весь кислород, произведённый в процессе фотосинтеза, она выпускает в воздух.

                Проблемы в организации фермы я предлагаю решить применением зеркал, увеличивающих освещение в отдельных частях водоёма. Главные компоненты идеи иллюстрированы на Рис. 1. После чистки болота от растительности и торфа, на водной поверхности устанавливаются зеркала 1, повёрнутые на юг. Эти зеркалa будет отражать солнечные лучи - так что вместе с неотражёнными солнечными лучами они увеличат инсоляцию (и нагрев) пространства 2 перед зеркалами, где температура и освещённость будут достаточно велики для быстрого роста ряски. Участки 3 останутся затенёнными и холодными. Холодные зоны 3 будут отделены от тёплых зон 2 теплоизолятором 4. Этот теплоизолятор, кстати, можно будет делать из растений, убранных при первоначальной очистке болот (подробности я опишу попозже - или не опишу).

                Подводные части северной стороны теплоизолятора 4 и южной стороны зеркала 1 можно покрывать алюминием для увеличения теплопроводности. Отвод избытка тепла с поверхности 2 вглубь нагреваемых зон 5, предотвратит перегрев ряски днём, сохранит тепло ночью; теплоизолятор 4 поддержит низкую температуру в глубине 6 под затенённой частью 3. 

 Рис. 1. Ряско-рыбная ферма, вид сбоку

                Ряску с поверхности будут есть рыбы (напр. карпы), живущие в водоёме. Эти рыбы смогут перемещаться между тёплыми зонами 5, на поверхности которых будет расти ряска, и холодными зонами 6, поверхность которых будет открыта для доступа воздуха. Этот доступ в холодных зонах будет преимуществом холодных климатических зон России над аналогичными прудами с ряской в местах с тёплым климатом, где ряска затягивает всю поверхность водоёма - и оставляет рыб без воздуха.

                Избыток ряски и отходы рыб будут падать на дно, образуя органические донные наслоения 7. Эти наслоения будут подвергаться анаэробному брожению, выделяя биогаз (почти полностью метан), пузырьки которого (8) будут подниматься, собираться коллекторами 9 и передаваться по трубам 10 для сбора, хранения и использования. Углекислый газ - другой продукт анаэробного брожения - будет растворяться в воде, диффундировать к ряске и усваиваться ею в дополнение к углекислому газу, усвоенному из воздуха.

Рис. 2. Ряско-рыбная ферма, вид сверху

          Вид сверху на ферму показан на Рис. 2. Площадь, на которой будет выращиваться ряска (1) будет сообщаться через рыбьи "диоды" 2 с лотком 3, куда будет заплывать выросшая рыба. В этом лотке она будет скапливаться перед поимкой и извлечением (4). Собираемый в пруду биогаз будет сжиматься компрессором 5 в хранилище 6, откуда он будет выпускаться через вентиль 7.  Вдобавок, часть ряски можно извлекать конвейером 8. В отличие от комбайна, который тратит энергию для разъездов по полю и сбору урожая, ковейер 8 будет стоять в одном месте - и собирать урожай, который будет сам приплывать к нему.

                Извлечённую  ряску можно использовать как пищевую добавку для людей, животных и питательную среду для микроорганизмов, производящих белково-витаминный концентрат - необходимую пищевую добавку для рыб. Согласно моим ожиданиям, рыбы могут получать недостаточно питательных веществ из самой ряски; в особенности, двух аминокислот - метионина и лизина. Поэтому для прокормления рыб необходимо будет организовать производство кормов, богатыми этими (а возможно, также и другими) аминокислотами. Такие корма будут вырабатываться микробами, которые будут поедать ряску - и снабжаться другими пищевыми добавками, содержащими большое количество серы и азота. Как вариант, некоторые из незаменимых аминокислот могут производиться синтетически.

Рис.3. Рыбный диод

                Рыбий "диод" проиллюстрирован на Рис. 3: этот пластмассовый круг с разорванной серединой и загнутыми в одну сторону краями разрыва будет пропускать рыб соответствуещего размера только в одну сторону (слева направо).

                Покров ряски на освещённых зонах и затенение соседних зон зеркалами будут подавлять рост других растений в глубине воды, делая частую чистку болот ненужными.

                Описанные фермы уменьшат испарение с поверхности воды: так, тёплая часть поверхности будет покрыта ряской, в то время как открытая часть будет оставаться холодной. Пониженное испарение приведёт к накоплению воды, что откроет возможности её дальнейшего использования.

               Если предложенные ряскорыбные фермы займут существенную часть территории, то, согласно моим надеждам, они смогут влиять на климат: уменьшеное испарение приведёт к уменьшению облачности  и увеличению освещённости. Климат станет немного суше - но вода будет по-прежнему доступна из описанных водных хозяйств. Эти факторы, в свою очередь, приведут к росту урожайности ряскорыбных и, возможно, даже нормальных ферм. Вместе, эти факторы облегчат заселение огромных - но пока ещё неиспользуемых - территорий страны.