Данная статья продолжает серию моих статей о перспективных технологиях России. В ней речь пойдёт о том как экономически эффективным способом накормить сотни миллионов людей в российских условиях. Если же кому-то интересна тема "О натуральной еде", то таким людям нужно немедленно прервать чтение и обратиться к другим статьям - "Как самому вырастить свинью на балконе", "Как правильно разделать корову в квартире" и т.д.
Предыдущие статьи можно найти на сайтах
https://aftershock.news/?q=node/670906
https://aftershock.news/?q=node/411087
https://aftershock.news/?q=node/512752
https://aftershock.news/?q=node/513563
https://aftershock.news/?q=node/533116
Ещё раз: Россия - северная страна с низкой освещённостью, низкими средними температурами и частыми переходами через 0 С. Эти факторы ведут к низкой урожайности, низкой средней плотности населения, большим капитальным затратам на строительство тёплых помещений и затратам энергии на их отопление, большим расстояниям, большим транспортным издержкам, быстрому разрушению дорог, зданий и прочих конструкций; высокой стоимостью сложного и обрабатывающего производства. Эти проблемы тянут за собой дополнительный шлейф проблем.
Соответственно, в своей програмной публикации я сформулировал вопрос - какие технологии могут использовать эти, вообще-то неблагоприятные, климатические условия России для создания конкурентного преимущества.
Ув. Анпилогов и ув. Острецов обратили внимание на то что концентрированные источники тепла - такие как атомные реакторы - могут производить электроэнергию (ээ) с большим КПД именно в холодном климате. Комбинация ветровой энергетики с атомной энергетикой может давать большое количество дешёвой ээ весьма эффективно на крайнем Севере страны - на Новой Земле и на побережье Северного Ледовитого Океана (СЛО). Это электричество может быть использовано для производства топлива. Так, ув. Острецов предлагал подгонять к Новой Земле танкеры с СО2 и превращать его в топливо - диметиловый эфир. Остаточное тепло можно использовать для отопления помещений.
Однако людей работающих в таких северных городах нужно кормить. Ни электричество, ни диметиловый эфир, которые могут оказаться весьма дешёвыми, люди не едят. А для выращивания еды нужны поля с пшеницей и многими другими растениями. Низкая освещённость таких полей в России ведёт к низкой урожайности. Низкая урожайность ведёт к тому что комбайну нужно проезжать большее расстояние, чем у южных партнёров, для того чтобы собрать такое же количество центнеров пшеницы. Соответственно, российские комбайны сжигают больше топлива чем комбайны партнёров в расчёте на каждый собранный центнер, делая сельское хозяйство России фундаментально менее эффективным чем с/х южных партнёров.
Диметиловый эфир (Ткип = -24 С), который можно производить на крайнем Севере, может быть прекрасным топливом в холодном климате. Однако его хранение под давлением и перевозка на юг России, где урожайность хоть насколько-то приемлема, повысят его стоимость. Таким образом, огромные пространства России являются препятствием в экономическом развитии.
Вместо диметилового эфира было бы хорошо превращать СО2 прямо в жидкие углеводороды и у Вашего покорного слуги даже есть свои собственные соображения о том как модифицировать метод Фишера-Тропша чтобы делать это весьма эффективно. Однако на сегодняшний день это - только идеи.
Энергетическая эффективность с/х - примерно 10%: на то чтобы получить 1 пищевую калорию, нужно затратить 10 калорий солярки, бензина, газа, и прочего топлива. Что не есть эффективно. И если это топливо будет производиться на северах из электричества, то КПД производства пищевых калорий из электрических окажется ещё меньше. Даже если еда будет выращена на юге, то потом её придётся везти назад, на Север - людям, которые произведут топливо для с/х. Эта перевозка ещё раз повысит стоимость такой еды для северян. Поскольку основной компонент еды - вода, то перевозка воды на тысячи километров понижает эффективность транспортировки калорий ещё сильнее.
Как будто предыдущего перечисления неэффективностей было недостаточно, сам процесс фотосинтеза имеет эффективность 1-2%, что смотрится мало по сравнению с 20% - эффективной фотовольтаикой.
Люди потребляют мало калорий. Но потребляют в такой форме, что на создание этих самых особенных пищевых калорий проходится тратить огромное количество тепловых или электрических калорий.
Ключевой технологией, которая может произвести революцию в сельском хозяйстве, было бы производство пищи, при котором электроэнергия направлялась бы напрямую на энергоснабжение биомассы. В этом случае электроэнергию атомной электростанции (эффективной в холодном климате из-за эффективного сброса тепла) можно было бы направлять в биореактор, в котором бы выращивалась пища.
Но - беда: живые существа не приспособлены получать энергию из электричества. Ещё в школе я слышал рассказ о том как мой сверстник пропускал ток через воду в аквариуме с рыбами. Рыбы дёргались но не жирели.
Совсем недавно мир облетела новость: в Финляндии разработали производство нового белка революционным путём! В финском процессе электричество, которое можно получать из солнечных батарей, используют для электролиза воды. Полученные водород и кислород используют для прокормления микроорганизмов, которые поглощают СО2 из воздуха и используют энергию окисления водорода для превращения СО2 в биомассу. Ещё им требуются добавки содержащие азот, фосфор и немного других микроэлементов - и пожалуйста, вот источник белка из электричества! А электричество - из света!
Полученый белок назвали солеин (мол, солнечный протеин). На каждый килограмм солеина нужна площадь в 10 раз меньшая чем для выращивания сои. На выращивание 1 кг солеина уходит 10 л воды. Для сравнения: на 1 кг соевого белка уходит 2500 л воды, а на 1 кг говядины - 15 500 литров.
Значимость этой технологии для России состоит в том что электричество можно получать из реакторов на холоду. Или из ветряков на побережье СЛО. И превращать в еду на месте.
Ваш покорный слуга подумал о некоторых модификациях, которые могут улучшить эту технологию:
1) Растворимость СО2 в воде увеличивается с понижением температуры. Поэтому, если АЭС стоят на северах и охлаждаются холодной водой, то эту самую воду после нагрева можно декомпрессировать - и выделить из неё СО2 для дальнейших преобразований. Этот способ может оказаться даже легче чем выделение СО2 из воздуха.
2) Этот СО2 можно электрохимически восстанавливать до формат ионов в растворах бикарбоната натрия. При этом на аноде будет выделяться кислород. Уравнение реакции будет таким:
2NaHCO3 = 2HCOONa + O2
Получившийся формат натрия можно направлять в биореактор, через который будет пробулькиваться кислород. Бактерии будут окислять формат натрия этим самым кислородом и использовать энергию на то чтобы связать продуваемый СО2 в углеводы и белки:
HCOONa + O2 + CO2 + H2O -> NaHCO3 + [CH2O]
Бактерии и бактериальные сообщества, питающиеся форматом натрия, известны.
Раствор биореактора, содержащий большую концентрацию NaHCO3, будет фильтроваться от микроорганизмов и подаваться в электролизёр где NaHCO3 будет превращаться в HCOONa. Поскольку микроорганизмов в этом растворе не будет, то раствор можно будет смело нагреть - для повышения эффективности электрохимического процесса. Так что электролиз можно проводить про температуре близкой к кипению воды - а затем охлаждать полученный раствор формата натрия в теплообменнике, передавая тепло следующим порциям раствора NaHCO3.
Конструкция электробиореактора показана на рисунке. 1 - Биореактор; 2 - подача СО2; 3 - подача минеральных компонентов; 4 - фильтр; 5 - выход белковой биомассы; 6 - раствор NaHCO3; 7 - электролизёр (красный цвет показывает высокую температуру); 8 - раствор HCOONa с пузырьками О2 поступает из электролизёра в биореактор; 9 - теплообменник.
В отличие от финского процесса газообразный горючий водород, который вдобавок ещё и образует взрывчатую смесь с кислородом, образовываться не будет. Вместо этого энергия будет запасаться в виде негорючего формата натрия.
Вот таким образом электроэнергия будет напрямую превращаться в пищевую энергию.
Правда, формат натрия - это очень специфическая пища. Не для всех пища. Я бы её есть не стал… Но микробы едят!
Не уверен в том что сами люди будут есть эту самую биомассу с удовольствием. Если она будет безвкусной - то можно будет добавлять в колбасу и другую еду. Если будет совсем противной - то микробов можно скармливать рыбам и/или свиньям, которых затем будут есть люди. Разведённую на северах рыбу затем можно продавать остальному миру.
Лично я бы предпочёл рыб по соображениям изложенным в заметке "Фермы на болотах".
Таким образом, внедрение этой технологии позволит завалить север России, остальную Россию и окружающий мир едой и топливом, а огромные холодные неплодородные российские просторы вместе с нетёплым СЛО из источника потерь на транспорт превратятся в площади для сброса тепла АЭС.
Когда на побережье СЛО расселится много людей а сам океан подогреют - так чтобы не сильно замерзал или совсем не замерзал - то добыча нефти и газа из него тоже упростятся и удешевятся.
Кстати, состав газов выделяющихся при декомпрессии холодной воды может сильно отличаться от состава воздуха. А именно, содержание основных компонентов - азота и кислорода - будет мало из-за их малой растворимости. А вот более тяжёлых газов там будет побольше. В дополнение к углекислому газу там будет ещё и повышенная концентрация благородных газов - аргона, криптона и ксенона. Эти газы уже применяются во всяких отраслях - однако, если новый источник окажется уж очень производительным, то этими газами можно будет заполнять рамы для ну очень уж низкой теплопроводности и сбережения тепла в жилищах.
Комментарии
Не пойму, суть технологии в том, чтобы насытить воду кислородом и водородам, чтобы бактериям легче жралось?
Не пойму, суть технологии в том, чтобы насытить воду кислородом и водородом, чтобы бактериям легче жралось?
Уважаемый Александр:
Проводим электролиз водного раствора бикарбоната натрия, получаем формиат натрия (в водном растворе) и пузырьки кислорода:
2NaHCO3 -> 2HCOONa + O2
Этот раствор формиата натрия вместе с пузырьками кислорода подаём в биореактор где его съедают микробы:
2HCOONa + O2 -> 2NaHCO3
Энергию, выделившуюся при этом процессе, они направляют на то чтобы усвоить пробулькиваемый углекислый газ и превратить его в белок и прочую биомассу:
CO2 + H2O -> [CH2O], где [CH2O] обозначает обобщённую биомассу.
Эти процессы - электрохимический и биохимический - могут проходить с высокой эффективностью, так что калории электричества превращаются в пищевые калории с большим КПД.
Эта технология вообще не включает в себя заведомо неэффективный фотосинтез. Поэтому низкая освещённость России, делающая с/х страны неэффективным и неконкурентноспособным по сравнению с с/х другис стран, перестаёт играть роль в эффективности производства пищи.
Интересно.
Бред какой )))
Бык потребляет 50 литров воды в сутки. В два года его режут на мясо и получают, только мяса 400 кг. Это в итоге воды на 1 килограмм мяса уйдёт всего 91 кг. воды.
Какие на хрен 15 тонн !
Что дальше написано... за такое надо ставить на колени (на горох) , а потом высечь и отправить в школу. Переформатировать голову.
а кушает бык только воду?
Траву ещё ест. Он же травоядный ))
Но тайну открою.... всё что он выпил и скушал на 90% остаётся в природе в виде прекрасного навоза. И если бы он эту траву не съел, трава бы всё равно превратилась бы в назём.. сама по себе. Бык просто ускорил процесс, а как приз дал людям мясо, кожу...и другие ценные вещи.
Ну может быка ещё купать надо иногда и говно смывать за ним. Но все равно цифры озвученные ТС сильно завышены.
Уважаемый ComradМauser:
Насколько я понимаю, в потребление быка включили всю воду которую впитала в себя а затем испарила трава, которую съел бык.
А вертикальные фермы со светодиодным освещением, по энергобалансу, дорого?
Уважаемый pz_true:
КПД фотосинтеза - 1-2%, в вертикальных фермах или горизонтальных.
А Россия - страна с низкой освещённостью. Пока в Аргентине солнце будет бесплатно светить каждый день сверху вниз и поглощаться бесплатной травой на бесплатных лугах, в России придётся строить инженерную конструкцию - вертикальную ферму - чтобы на неё иногда сбоку посветило тусклое солнышко.
Ну или делать ещё более дорогую технологию - освещать растения лампочками.
И затраты ресурсов на 1 кг травы будут немалыми.
Посему проигрыш в конкурентной борьбе гарантирован.
Для выигрыша нужна технология производства еды которая вообще не будет основана на фотосинтезе. Ну разве что лампочку в курятник прикрутить.
Вот такую технологию - основанную не на фотосинтезе а на холоде - я и предлагаю. На холоде, которого в России - полно.
И такую где электрические калории будут непосредственно переходить в калории еды, минуя неэффективный фотосинтез.
Тогда россияне могут выиграть у аргентинцев.
еще есть логистика, и хранение.
Да, такое решение нужно использовать совместно с развитием биоинженерии.
На ловца прибежал зверь.
Только опубликовал свою статью на АШ, как узнал что в США есть компания Calysta производящая белок из природного газа. Этот белок скармливают рыбам, креветкам, свиньям и домашним животным.
http://nouritech.net/
http://www.feedkind.com/what-is-feedkind/
http://www.feedkind.com/seaweb-delegates-tour-thai-union-feedmill-see-worlds-sustainable-aquafeed-production/
Спасибо за важную тему. Консолидировать идеи в одном месте это хорошо.
По вашей программной (первой) статье хочу отметить, что указанные вами китайские товарищи, делали первые шаги в области строительства дирижаблей начиная с города Киев. Официальную делегацию этих специалистов я официально принимал в 2002 году и им со всей славянской открытостью была показана презентация и даны программные установки о том как строить дирижабли. В тот момент один из живых учёных в этой области показал в том числе, как на дирижабле установить ветро генератор. К сожалению, китайские товарищи реализовали дирижабли мягкой конструкции, что резко ограничивает (делает невозможным) монтаж ветроколеса. У меня где-то сохранилась видео презентация для них.
Это вполне резонный вариант с учётом строительства дирижабля полужёсткой конструкции.
В продолжении темы дирижаблей, то что не рассказывалось китайским товарищам, это использование дирижаблей для перевозки газа от мест добычи к газохранилищам. По этой идее был выполнен проект, который прошел государственную экспертизу, в части ТЭО проекта был проведено сравнение варианта, в части CAPEX, с трубопроводным транспортом. Предложенный вариант обладал преимуществами.
В отношении выращивания разных видов с/х продукции. Сейчас есть научные и подтвержденные практические результаты, которые позволяют показать, что получать 6 (шесть) урожаев в год - реально, на широтах ближнего и среднего востока.
В отдельных южных регионах РФ в ближайшем будущем возможно будет рассматривать получение 2-х.
В этом процессе используются специальные биологические ферментные препараты.
И на счёт природо-подобных технологий, о которых говорил Ковальчук.
Россия в этом вопросе, в части открытий впереди планеты всей. Еще в 1912 году были открыты разновидности мхов полученных в Антарктиде, которые выживали в самых суровых услвоиях. Из них был выделен меланин. Первый мировой патент на Астромеланин был получен в Москве в 1989г., к сожалению коммерциализации не случилось.
Почему он так важен? Как лекарственный компонент он решает самые сложные проблемы. Но он более важен как генератор. Дело в том что при добавлении меланина в воду и при воздействии на воду излучений со спектрами от 200 до 900 нМ происходит разделение воды на водород и кислород - электролиз.
Кроме этого имеет место эффект получения из подобных ячеек электрической энергии, с очень длительным (многолетним) сроком службы.
Описывать ряд других эффектов (ещё более важных) не имеет смысла, так как автор подал заявку на ряд изобретений, некоторые из них он повторно зарегистрировал в РФ.
В завершении отмечу, что меланин в небольших количествах производится в 3-х странах мира, в мини количестве в Мексике, еще меньше в Украине, на порядки меньше в США и еще меньше в РФ.
В РФ есть все условия для запуска полномасштабного производства на остатках бывшего советского комбината, который вроде ещё не полностью разворовали.
Уважаемый Галс:
Я рад что Вам понравилась моя тема. Заходите ещё!
Согласен с основным тезисом статьи. Правда мне кажется КПД производства еды будет выше если исключить биологию совсем: полностью синтетическая пища.
Под каждую аминокислоту - специальный процесс производства. Витамины думаю давно уже. Жиры и углеводы тоже без проблем.
Переход на синтетическую пищу - дело отдалённого будущего. Как вариант в случае катаклизмов/голода.
Ещё синтетическая пища позволяет хорошо контролировать качество и сбалансированность питания. Кстати исключив из рациона некоторые аминокислоты можно продлить продолжительность жизни.
Уважаемый aip2or1i:
Частично с Вами согласен. Все аминокислоты были синтезированы в лабораториях уже много декад тому назад, так что в принципе их всех можно делать синтетически.
Вопрос упирается в экономию.
А в экономикс говорят что когда производство растёт вдвое, то стоимость как правило падает на 10%.
Так что некоторые аминокислоты - те которые живым организмам синтезировать особенно тяжело - сейчас и производят в промышленности. Какой-нибудь метионин. И добавляют рыбам/коровам/свиньям в корм. А некоторые аминокислоты - те которые связаны с циклом Кребса - живые существа производят настолько легко и эффективно что с природой тягаться не имеет смысла. По крайней мере пока.
Что касается жиров, то у меня есть своя задумка о том как делать жир непосредственно из углекислого газа. Да, я знаю, одним жиром жив не будешь - но это ещё один кирпичек в здание технологий 21 века.
Что касается витаминов, то там синтезы настолько длинны, что люди будут пользоваться биосинтезированными витаминами ещё долго. Правда, могут подкидывать всяким микробам вещества содержащие структурные фрагменты молекул витаминов, облегчая работу микробов.
Но для того чтобы производство индивидуальных аминокислот было конкурентноспособно по сравнению с их биосинтезом в живых существах (на что уходит много энергии), нужны большие масштабы этого самого производства. А для масштабов - большие города, много учёных/образованных/квалифицированных людей, небольшие расстояния между самыми разными производителями всякой всячины, низкие транспортные расходы, высокая плотность населения, высокие энергетические потоки, и... - вот он, шанс для России - быстрый сброс тепла в окружающее пространство.
Страницы