Гуминовый стимулятор биодеградации нефтяных загрязнений Перспективный проект

Конкурс русских инноваций
Перспективный проект
Гуминовый стимулятор биодеградации нефтяных
загрязнений
Руководитель проекта: Иванов Александр Анатольевич,
научный сотрудник, кандидат химических наук
2010
1
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.: Иванов Александр Анатольевич,
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: 8-903-913-4343, 8-3822-492756,
Адрес электронной почты: ivanov@ipc.tsc.ru,
Ученая степень: кандидат химических наук.
Роль в проекте: руководитель, основной исполнитель
Перечень важнейших работ:
1. Иванов А.А., Юдина Н.В., Мальцева Е.В., Матис Е.Я.. Исследование
биостимулирующих и детоксицирующих свойств гуминовых кислот различного
происхождения в условиях нефтезагрязненной почвы // Химия растительного сырья. 2007. №
1. С. 99-103.
2. Иванов А.А., Юдина Н.В., Тухватулин Р.Т. Изменение состава и коагулирующей
способности гуминовых кислот после механохимической активации торфа // Коллоидный
журнал. 2007. Том 69. № 5. С. 644–648.
3. Сваровская Л.И., Иванов А.А., Юдина Н.В., Филатов Д.А. Стимулирующее влияние
гуминовых кислот на оксигеназную активность микроорганизмов нефтезагрязненных почв //
Биотехнология // 2007. № 6. С. 60-64.
2
4. Иванов А.А., Юдина Н.В., Рожанская О.А., Ломовский О.И. Состав и биологическая
активность продуктов механохимической активации торфа // Агрохимия. 2008. № 6. С. 34-39.
5. Юдина Н.В., Иванов А.А., Короткова Е.И., Ломовский О.И. Антиоксиданты в
углеводных водорастворимых фракциях Sphagnum fuscum и сфагнового торфа // Химия
твердого топлива. 2008. №2. С. 7-13.
6. Чайковская О.Н., Соколова И.В., Соколова Т.В., Юдина Н.В., Мальцева Е.В., Иванов
А.А.. Влияние гуминовых кислот на фототрансформацию метилфенолов в воде // Журнал
прикладной спектроскопии. 2008. Т.75. №4. С. 577-582.
7. Иванов А.А., Юдина Н.В., Ильина А.А., Ломовский О.И. Особенности 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,
страницы
в
Интернете:
canc@ipc.tsc.ru,
http://www.ipc.tsc.ru/,
Фамилия, имя, отчество руководителя организации, номер телефона, факс: Алтунина
Любовь Константиновна, 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.
3
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 ООО «Биомир 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 (Юдина Н.В., Зверева А.В., Тихонова В.И., Шакиров М.М. Структурные
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 № 2322502 РФ. Способ получения биостимулятора из торфа
и биостимулятор из торфа. Н.В. Юдина, А.А. Иванов, О.И. Ломовский. БИ № 11, 2008).
Получены новые экспериментальные данные по детоксикации и связыванию биоцидов
гуминовыми кислотами торфа (Иванов А.А. Выполнение 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:
4
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
мельницеактиваторе, 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
5
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 № 30-од от 04.12.2007г.). 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 ООО «Биомир 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.
Г.К. Скрябина РАН);
- компании, разрабатывающие технологии и способы очистки почв от нефти и
нефтепродуктов («Деворойл», ЗАО «Биоойл», ООО научно-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 (ОАО «Томскнефть» ВНК,
ОАО «Лукойл») и сервисные компании, осуществляющие услуги по очистки почв от
нефти и нефтепродуктов (ООО НТО «Приборсервис», ООО «ЭКОЙЛ» 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:
6
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.
7
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.
8