CC BY
0"YASHIL" IQTISODIYOTGA O'TISHDA NOAN'ANAVIY USULLAR BILAN ELEKTR ENERGIYA ISHLAB CHIQISHNING QIYOSIY
TAHLILI
1Kalandarov Palvan Iskandarovich, 2Turkmenov Xasan Ishimovich, 3Abdullayev Xusniddin Huseyn o'g'li
1texnika fanlari doktori, professor 2texnika fanlari nomzodi, dotsent 3texnika fanlari bo'yicha falsafa doktori (PhD) 1,2"Toshkent irrigatsiya va qishloq xo'jaligini mexanizatsiyalash muhandislari instituti"
Milliy tadqiqot universiteti 3Toshkent irrigatsiya va qishloq xo'jaligini mexanizatsiyalash muhandislari instituti" Milliy tadqiqot universiteti Buxoro tabiiy resurslarni boshqarish instituti https://doi.org/10.5281/zenodo.11002628
Annotatsiya. Maqolada "Yashil" iqtisodiyotga o'tish davrida, muqobil elektr energiya ishlab chiqishning mavjud bo'lgan usullari tahlil etilgan, hamda biotexnologik ob'ektlarida qishloq xo'jaligi chiqindilaridan biogaz olishning fermentatsiya jarayonini axborot-boshqaruv tizimi joriy etish masalalari ko'rib chiqilgan.
Kalit so'zlar: "Yashil" iqtisodiyot, muqobil elektr energiya, biotexnologiya, qishloq xo'jaligi, chiqindilar, biogaz, fermentatsiya, axborot-boshqaruv tizim.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
НЕТРАДИЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ ПРИ ПЕРЕХОДЕ К "ЗЕЛЕНОЙ"
ЭКОНОМИКЕ
Аннотация. В ходе перехода к "зеленой" экономике проанализированы существующие методы выработки альтернативной электроэнергии, а также рассмотрены вопросы внедрения информационно-измерительные системы управления процессом ферментации получения биогаза из сельскохозяйственных отходов на биотехнологических объектах.
Ключевые слова: "Зеленая" экономика, альтернативная электроэнергетика, биотехнология, сельское хозяйство, отходы, биогаз, ферментация, информационно-измерительная система.
COMPARATIVE ANALYSIS OF ELECTRICITY PRODUCTION BY NON-TRADITIONAL METHODS IN THE TRANSITION TO A "GREEN" ECONOMY
Abstract. During the transition to a "green" economy, existing methods of generating alternative electricity were analyzed, as well as issues of implementing information and measurement systems for controlling the fermentation process of biogas production from agricultural waste at biotechnological facilities were considered.
Keywords: "Green" economy, alternative electric power industry, biotechnology, agriculture, waste, biogas, fermentation, information and measurement system.
Kirish
O'zbekiston Respublikasi Prezidentining 2019 yil 4 oktyabrdagi PQ-4477-son qaroriga binoan 2019-2030 yillar davrida O'zbekiston Respublikasining «Yashil» iqtisodiyotga o'tish Strategiyasi tasdiqlangan [1]. Ushbu Strategiyaga binoan elektr energiyasi iste'moli tizimlarini avtomatik nazorat va hisobga olish asboblari bilan to'liq jihozlash" masalalari kiritilgan.
So'nggi paytlarda ekologiyada energiya tahlili biotexnologik jarayonlar va texnologiyalarning samaradorligini solishtirish uchun tobora ko'proq foydalanilmoqda. Energiya tahlilining asosiy vazifasi qazilma va qayta tiklanadigan resurslarni eng samarali iste'mol qilishni ta'minlaydigan bunday ishlab chiqarish usullarini rejalashtirishdir. O'zbekiston Respublikasida yashil iqtisodiyotni rivojlantirishning birinchi navbatda e'tibor qaratish lozim bo'lgan asosiy yo'nalishlari qatorida quyidagilarni ta'kidlash mumkin: [2]
• qayta tiklanadigan energiya manbalari (shamol energiyasi, biomassa, bioyoqilg'i, biogaz, geotermik energiya) va muqobil energiya;
• ekologik toza transport (muqobil yoqilg'i, gibridlar va yelektr transport vositalari);
• elektr energiyasini boshqarish tizimlari (energiya tejash, aqlli quvvat tizimlari, energiya samaradorligi);
• emissiya, chiqindilarni boshqarish, tashish, yig'ish, chiqindilarni yo'q qilish va qayta
ishlash;
• innovatsion zamonaviy materiallar va texnologiyalar (biologik texnologiyalar, nano-texnologiyalar, ekologik toza materiallar)
Yuqorida keltirilgan muqobil energiyalarni taqqosiy tahlil etib chiqamiz.
Biotexnologiyaning energiya ishlab chiqarishdagi roli, tahlil va tavsiyalar.
1. Quyosh bitmas-tuganmas energiya manbai. Biomassada mavjud bo'lgan quyosh energiyasidan foydalanishning afzalligi shundaki, u organik moddalar shaklida saqlanadi va shuning uchun uni vaqt va fazoda saqlash va ko'chirish mumkin.
Biroq, energiya ishlab chiqarish uchun biomassani olish va ishlatishda muammolar mavjud, ammo ular afzalliklari bilan muvozanatlanadi: uni butun dunyoda olish mumkin, u qayta tiklanadigan va atrof-muhitga muvofiq ishlab chiqariladi.
Kamchiliklarga fotosintezda quyosh energiyasidan foydalanishning past samaradorligi (odatda 1% dan kam va kamdan-kam hollarda 2% dan ortiq) kiradi; ekinlarni yetishtirishni shakllantirishda mahsulotlarning tarqoq va ko'pincha mavsumiy tabiati va yuqori og'irlikdagi namlik. Shu sabablarga ko'ra yuqori sifatli, energiyaga boy xom ashyoni olish uchun suv, konsentrat yoki kimyoviy yoki biologik qayta ishlash va qadoqlash, tashish, olib tashlash kerak. Agar vazifa biomassani qimmatbaho yoqilg'iga aylantirish bo'lsa, unda siz nafaqat suvni olib tashlash va o'ziga xos energiya tarkibini oshirish, balki u mo'ljallangan texnologiyaga mos mahsulotni qanday olish haqida ham o'ylashingiz kerak.
2. Ilgari butun dunyo bo'ylab o'simlik xom ashyosidan yoqilg'i sifatida foydalanishning asosiy usuli asosan yog'ochni va kichikroq miqyosda hosil qoldiqlari va go'ngni to'g'ridan-to'g'ri yoqish yedi. Hozirgi vaqtda bunday xom ashyo uchun bir qator termal modifikatsiya tizimlari rivojlanishning turli bosqichlarida. Ular orasida piroliz, gazlashtirish va gidrogenatsiyaga asoslangan qurilmalar mavjud. Shu maqsadda asosan shakarqamish, makkajo'xori, yog'och, go'ng, maishiy axlat, shuningdek qishloq xo'jaligi va sanoat chiqindilari ishlatiladi.
Afzalliklari. Bioyoqilg'i ishlab chiqarish uchun xom ashyo sifatida yog'och bir qator afzalliklarga ega: gektaridan hosil juda yuqoriligi; boshqa manbalarga qaraganda yog'ochdan
sezilarli darajada ko'proq biomassa olinadi; o'rmon yetishtirish boshqa ekinlarni yetishtirishga qaraganda ancha kam mablag' talab qiladi.
Kamchiliklari orasida yetuklikka qadar o'sish davomiyligi, shuningdek, yog'ochning asosiy komponenti lignosellyulozani qayta ishlash juda qiyin. Yaqin kelajakda eng qulay va arzon xom ashyo manbai yog'ochni qayta ishlash sanoatining chiqindilari bo'ladi, ammo keyinchalik yoqilg'ini "etishtirish" tobora muhim ahamiyat kasb yetadi.
3. Asosiy xarajatlar yerni tozalash va ekish bilan bog'liq bo'lganligi sababli, bugungi kunda asosiy e'tibor qattiq yog'ochli tez o'sadigan o'rmonni yetishtirishga qaratilgan. Chuchuk suv va dengiz o'simliklari katta biomassa salohiyatiga ega, ammo o'rim-yig'im paytida bu o'simliklarning ko'pchiligida suv miqdori juda yuqori va quyoshda quritish qiyinligi ularni to'g'ridan-to'g'ri yonish orqali yoqilg'i sifatida ishlatishga to'sqinlik qiladi.
Suv o'simliklari va qishloq xo'jaligi xom chiqindilarini yoqilg'i, ozuqa va o'g'itlarga qayta ishlashning eng mos texnologiyasi anaerob fermentatsiyadir. Bu o'simliklar oddiygina oqava suvlarda o'sadi. Ular suvni muvaffaqiyatli tozalaydi va bir vaqtning o'zida yaxshi o'sadi. Shunday qilib, ular ikki tomonlama rol o'ynashi mumkin: atrof-muhitni yaxshilash va muhim energiya manbai bo'lib xizmat qilish. Biogaz bir qator mamlakatlardagi suv o'simliklaridan ishlab chiqariladi. Ular shu maqsadda ishlatila boshlandi, chunki o'simliklar juda tez va suv yuzasida o'sadi va ularni yig'ish oson. Organik moddalar bo'lgan oqava suvlar qayta ishlangan suv havzalarida o'sadigan yosunlardan ham foydalanish mumkin. Ushbu texnologiya, ayniqsa, quyosh ko'p bo'lgan mamlakatlar uchun juda mos keladi va bundan tashqari, ko'pincha suyuq chiqindilarni qayta ishlash bilan bog'liq muammolar mavjud.
Xulosa. Yuqorida keltirilgan biotexnologiyalar asosida muqobil energiya olish usullardan biri bu fermentatsiya usulidir. O'zbekiston sharoitida ayniqsa qishloq xo'jaligi o'simlik va chorva chiqindilarini bioreaktorlarda fermentatsiya qilish orqali biogaz olish xususiyatlari juda mos keladi.
Material va usullar
Toshkent irrigatsiya va qishloq xo'jaligini mexanizatsiyalar muhandislari instituti" Milliy tadqiqot universitetida "yashil" iqtisodiyotga o'tishda qishloq xo'jaligi chiqindilarini qayta ishlash orqali biogaz olish jarayonini axborot - boshqaruv tizimini ishlab chiqishga qaratilgan. Tadqiqot predmeti sifatida qishloq xo'jaligi chiqindilaridan biogaz olish jarayonining modellari va boshqarish algoritmlari tashkil qiladi, tizimli tahlil, qarorlarni qabul qilish, modellashtirish usullaridan foydalanilgan holda biogaz olish va uning yonish energiyasini kuchaytirish uchun metan konsentratsiyasini oshirishga yo'naltirilgan.
So'nggi o'n yillikdagi ilmiy va tahliliy tadqiqotlar biosistemalardan foydalanishga asoslangan usullar quyosh energiyasini keng miqyosda konvertatsiya qilish uchun yeng samarali va ishonchli degan xulosaga kelinmoqda. Ushbu usullar orasida biogaz ishlab chiqarish jarayonlarida biomassani energiya tashuvchisiga aylantirish uchun juda yaxshi o'zlashtirilgan biologik texnologiyalar, shuningdek fotosintez jarayonining o'zini o'zgartirish va samaradorligini oshirishga, bioyoqilg'i yelementlarini yaratishga qaratilgan tadqiqotlar olib borilmoqda.
Qayta tiklanadigan energiya manbalarining har xil turlari uchun texnologiyalarga global investitsiyalar tendensiyalari juda xilma-xildir. Misol uchun, quyosh energiyasiga investitsiyalar deyarli doimiy hajm o'sishi kuzatilsa, bioyoqilg'i va geotermal energiyaga investitsiyalar esa aksincha.So'nggi yillarda ba'zi mualliflar ekologik va iqtisodiy rivojlanishning turli modellarini taklif qilishmoqda. Masalan, [3] da chiziqli, umumiy, siklik va yashil iqtisodiyot modellari taklif
yetiladi.Ushbu modellar resurslarni iste'mol qilish va sanoat va maishiy chiqindilami qayta ishlashga turli xil yondashuvlar bilan ajralib turadi. Metan "fermentatsiya"si - bu biomassani energiyaga aylantirishning eski uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan jarayon orqali elektr energiya olish usuli hisoblanadi. Biotexnologiyaning istiqbolli tarmoqlaridan biri bioenergiya bo'lib, u biologik jarayonlar orqali energiya ishlab chiqarishdir. Soddalashtirilgan shaklda bu jarayon fotosintez orqali tirik tizimlarda energiya to'plash va biomassani qimmatroq yoqilg'iga aylantirishdan iborat. "Biomassa - biotexnologiya" sxemasi bo'yicha yoqilg'i ishlab chiqarish fotosintez, chorvachilik, ozuqa ishlab chiqarish va turli biologik vositalar yordamida fermentatsiya kombinatsiyasiga asoslangan.
Natijalar va muhokamalar
O'tkazilgan tadqiqot natijalarining ilmiy ahamiyati biogaz ishlab chiqarishda texnologik parametrlarni o'lchash, axborot - boshqaruv tizim ishlab chiqilishi hamda biogaz ishlab chiqarishda metan konsentratsiyasini ko'payishiga fermentatsiya jarayonlarini boshqarish usulini va qaror qabul qilish algoritmi ishlab chiqilganligi bilan izohlanadi.
Tadqiqot natijalarining amaliy ahamiyati axborot - boshqaruv tizimini qo'llaganda biogaz chiqish hajmi va tarkibidagi metan konsentratsiyasini oshishining kompyuterli modeli ishlab chiqilganligi va laboratoriya sharoitida tajribadan o'tkazilganligi, bioreaktorda suv miqdorini nazorat qilish, boshqarish dasturiy ta'minoti va metan miqdorini oshirish, yonuvchi gazlardan metan hajmini oshirishda ta'sir etuvchi faktorlar aniqlanganligi, baholanganligi hamda intensivlashtirish natijasida qo'llanilgan usulning iqtisodiy samaradorligi asoslanganligidir [4].
Tadqiqotlar natijalarining tahlili bilan tanishib chiqamiz. Biogaz ishlab chiqarishda keng harorat diapazonida amalga oshiriladi. Fermentatsiya jarayoni paytida bioreaktordagi haroratiga qarab, uchta rejimi qo'llanildi, bular: psixrofil (10-20°C), mezofil (30-45°C), termofil (50 - 65 °C). O'tkazilgan tadqiqotlar va ularning natijalariga binoan biomassa bilan yuklama miqdorini aniqlash uchun bioreaktorning umumiy hajmi 100% deb olinadi, yuklash miqdori fermentatsiya uchun olingan massaning kunlik hajmi bo'lib, bioreaktorning hajmining ulushi sifatida ifodalanadi, bu ko'p parametrlarga bog'liq bo'lib, ularning asosiysi namlik bo'lib, mezofil jarayon uchun 7-11% va termofil uchun 14-22% orasida o'zgaradi (1-jadval).
1-jadval
Biomassaning bioreaktorga sutkalik yuklama miqdori
Fermentatsiya rejimi Bioreaktor hajmiga nisbatan massa va namlik miqdorlari ko'rsatkichlari (%)
90 94 95 96 97
Mezofil 7 8 9 10 11
Termofil 14 16 18 20 22
Biogaz chiqishi intensivligiga ta'sir qiluvchi yana bir faktorlardan bu cho'kmadagi kislota miqdori (rN darajasi). Metan hosil bo'lishining asosiy reaksiyasini quyidagicha yozish mumkin (1-2-ifoda keltirilgan).
CO + 4H2Á ^ CH4 T +4A + 2HO+CO+4HA + CH + 4A + 2H O ^
CO 4H2 ^ CH4 T +2H2 0 (2)
Biogaz olishda texnik va iqtisodiy tizimlarning murakkab boshqaruv ob'ektlari sifatida xususiyatlarini o'rganish, ularni boshqarish usullarini tahlil qilish, kirish ma'lumotlari sifatining
o'zgaruvchanligi sharoitida ishlashning o'ziga xos xususiyatlari va neyro-noravshan tizimlar nazariyasi usullariga asoslanib, jarayon modellarini qurish qarorlarni qo'llab-quvvatlash vositasi sifatida ko'rib chiqildi.
Tajribalar quyidagicha amalga oshirildi. Namligi 60, 66, 70, 80% bo'lgan qoramollarning hamda qishloq xo'jalik chiqindilari mos ravishda bioreaktorga yuklanib, ular esa germetik yopildi. Gaz sig'imlari bioreaktorga ulangan, undan ilgari havo so'rib olingan bo'lib, vakuum holatiga keltiriladi. Bioreaktorlar atrofidagi suvlar har kuni bir marta qizdirilib turildi. Vaqti bilan gaz sig'imlarida birlamchi gazlar paydo bo'la boshladi, bu esa gumbazlarni ko'tarilishi bilan aniqlandi.
Tadqiqotlarda, biogaz miqdorini va uning tarkibidagi metan konsentratsiyasini aniqlab borildi. Umumiy fermentatsiya muddati 20 kundan oshmadi.
Qurilmadan olingan gaz aralashmasining tarkibi xromatografik usulda aniqlandi. Tahlil qilish uchun standart konfiguratsiyadagi LHM-80 xromatografi ishlatildi. Tadqiqotlar olib borish uchun, maxsus tajribaviy laboratoriya qurilmasi ishlab chiqildi, u biogaz qurilmasi va nazorat va o'lchov vositalaridan iboratdir. Ushbu tajriba sinov laboratoriya qurilmasining sxemasi rasmda keltirilgan. Tadqiqotlar olib borish uchun, mahsus tajribaviy laboratoriya qurilmasi ishlab chiqildi, u biogaz qurilmasi va nazorat va o'lchov vositalaridan iboratdir. Ushbu tajriba sinov laboratoriya qurilmasining sxemasi 1-rasmda keltirilgan.
Qishloq xo'jaligi chiqindilari va suvni 1- bunkerga yig'ilib, 2- aralashtirgich bilan aralashtiriladi, tayyor bo'lgan xom-ashyoning namligi WI orqali o'lchanadi va namlilik darajasiga qarab 3-7- bioreaktorlarga taqsimlanadi, bioreaktorlarning xar biridan chiqadigan gaz FI orqali o'lchab boriladi, o'lchangan gaz 8-12- gazgolderlarda yig'iladi, bioreaktor ichidagi issiqlikni ta'minlash maqsadida bioreaktorlar 13- suvli rezervuar ichiga joylashtirilgan, rezervuardagi suv 14- isitgich orqali isitiladi, rezervuardagi suvning haroratini TI orqali o'lchab boriladi, bioreaktordan chiqadigan qoldiq chiqindi 15- yig'gichga yig'iladi va uning namligi xam o'lchandi
1-rasm. Biogaz olish tajriba uskunasining sxemasi
2-jadval
Biogaz ishlab chiqishda qo'llaniladigan qishloq xo'jaligi mahsulotlari chiqindilari
turi va hajmi
Chiqindilari turi va biogaz tarkibidagi metan miqdori (%)
Namlik (%) Bug'do y somoni Parranda chiqindisi Qo'y go'ngi Mol go'ngi Qurigan barglar Makkaj o'xori poyasi Bug'doy somoni, mol go'ngi, makkajo'xori poyasi aralashmasi
60 70 66 62 57 51 51 63
61 73 67 63 59 54 53,5 64
66 78 68 65 60 58 54,5 70
70 78,5 65 64 58,5 57 53,5 68
75 75 64 63 58,5 56 53 67
80 70 64 62 58 55 52,5 66
85 69 63 63 56 56 52 65,5
87 69,5 62 62 56 55 52,5 64
90 69 62 61 55 54 51 63
Tajriba natijalari shuni ko'rsatdiki, termofil - mezofil fazalarida yonuvchi gazni olish nuqtai nazaridan, namlik miqdori 75-85% bo'lganda chorva mollari go'ngini dispersiyasiz fermentatsiyalash samaraliroq ekanligi aniqlandi [5]. Biogaz olish va uning tarkibidagi metan konsentratsiyasi bo'yicha olingan ma'lumotlar natijalari 3-jadvalda keltirilgan. Ikkala holatda ham metan konsentratsiyasini o'lchashda, ularning miqdori 59,5% va 72,8% chegaralarda bo'ldi:
3- jadval
Biogaz chiqish hajmi va metan konsentratsiyasi
Biomassa namligi, % Gaz hajmi, m3/sutka Metan konsentratsiyasi, CH4 %
60 1,15 59,5
66 1,5 69,5
70 1,7 71,3
80 2,1 72,8
Xulosa
Turli qishloq xo'jaligi chiqindilaridan bioreaktor qurilmasida biogaz ishlab chiqarish va texnologik parametrlarni nazorat qilish va boshqarish tizimi yuzasidan tajriba-tadqiqotlari o'tkazildi. Natijada qishloq xo'jaligi o'simliklari va chorva mollari chiqindilaridan biogaz olish ularni yanada rivojlantirish va takomillashtirish yo'nalishlari aniqlandi.
Ishlov berilgan muhitning intellektual - boshqaruv tizimini joriy etish orqali, aniqlangan boshlang'ich parametrlari (W = 66-85%) bo'lganda, jadal usulda harorat, bosim va namlik miqdorlari nazorat qilinganda, biogaz olishda metan konsentratsiyasi 65% dan 74,3% ga (9,3%) oshishiga hamda sutkasiga 1 kg biomassadan 0,9 m3/s ga teng bo'lgan biogaz olishga erishildi. Biogazning chiqish davomiyligi amaldagi usulda 22 kunni tashkil etgan bo'lsa, intellektual-boshqaruv tizimi joriy etilganda - 40 kundan iborat bo'ldi, ya'ni biogaz chiqish muddati 18 kunga oshirildi.
Foydalanilgan adabiyot ro'yxati:
1. O'zbekiston Respublikasi Prezidentining 2019 - 2030 yillar davrida O'zbekiston respublikasining «Yashil» iqtisodiyotga o'tish strategiyasini tasdiqlash to'g'risida 2019 yil 4 oktyabrdagi PQ-4477-son qarori.
2. Шермухамедов, А. Т. Развитие зеленой экономики в Узбекистане / А. Т. Шермухамедов, Б. М. Холбоев // Прогрессивные технологии и процессы: сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Курск, 24-25 сентября 2020 года. Курск: Юго-Западный государственный университет, 2020. -С. 177.
3. Честина Т. Экономика доверия // Экология и право. 2016. № 2 (62). С.35-38.
4. Kalandarov P.I., Abdullaev X.X. "Qishloq xo'jaligi chiqindilardan biogaz olish xususiyatlari". Xorazm Ma'mun akademiyasi axborotnomasi. 2022-8/3. B. 33-38.
5. P. I. Kalandarov, Х.Х. Abdullaev "Determination of the economic efficiency of biogas production based on the use of an information and control system" International Journal of Innovations in Engineering Research and Technology. Vol. 9 No. 9 (2022): IJIERT (India). Pp.4-8. https://doi.org/10.17605/OSF.IO/WK6CS
