21.10.2021 15:00:00

«От школьного проекта до гранта в полмиллиона»: как красноярка придумала модуль для биогазовых установок

Часто карьера ученого стартует еще в студенчестве — с разработки первого проекта, но бывает, что свое призвание он находит гораздо раньше. Так, красноярка Лилия Сергеева, еще будучи ученицей Сосновоборской гимназии, совершенно случайно заинтересовалась биоэнергетикой. Ее проект, призванный улучшить КПД биогазовых установок, выиграл грант "УМНИК" и доказал свою перспективность. Тем более для России, где биоэнергетика имеет огромный потенциал для роста.

Инновации и наука Энергетика

Лилия Сергеева

Биогазовая отрасль в России и в мире

Первые биогазовые установки появились еще в XIX веке, а сам биоагаз применялся, например, в газовых фонарях в Великобритании. В СССР первая биогазовая лабораторная установка появилась в конце 40-х годов.

Биогаз получается при разложении биомассы — таковой может быть хоть трава, хоть бытовые отходы, хоть навоз — внутри биореактора. В результате разложения биомассы получается газ, состоящий из метана, а также диоксида углерода, водорода и сероводорода. Зачем нужен биогаз? Его используют при производстве электроэнергии, тепла, пара, или даже в качестве автомобильного топлива.

Использование биогаза имеет свои плюсы в плане экологичности: захват метана помогает замедлить процесс глобального потепления, а переработанную биомассу можно использовать в качестве натурального удобрения, вместо удобрений химических. Кроме того, существует так называемый «свалочный газ» — биогаз, получаемый из переработки мусора. Например, в шведском городе Мальмё есть завод, который производит электричество и тепловую энергию из бытовых отходов; когда «топлива» для завода не хватает, шведы завозят мусор из соседних стран.


Завод SYSAV в шведском городе Мальмё, который вырабатывает тепло и электроэнергию из свалочного газа

Фото: ru.wikipedia.org

Вообще, в Европе около 60 % всей энергии получают из биогазовых установок. В Китае этот способ получения энергии становится всё популярнее. А вот в России биогазовая отрасль развита, мягко говоря, слабо — по всей стране работает не больше десятка крупных установок.

Интересно, что в России при этом достаточно много компаний, которые занимаются биогазовой энергетикой, и даже производством оборудования... Вот только их продукция почти целиком идет на экспорт, в те самые страны Европы. В Швейцарии есть даже специальные госпрограммы для развития биоэнергетики, нацеленные на Россию и Украину. Такие программы поддерживают разработчиков из этих стран, а европейцы в результате получают доступное по цене биогазовое оборудование — производить его в самой Европе слишком дорого.

Проект студентки 4-го курса СФУ Лилии Сергеевой как раз связан с биоэнергетикой. Однако, речь не идет о создании биогазовой установки — они и так уже существуют; маленькую установку можно собрать даже в домашних условиях. Ученая же работает над созданием вспомогательного модуля, который анализирует сырье внутри установки и помогает увеличить ее производительность.

Полное название проекта — «Разработка модуля „NetFuel“ для оптимизации, автоматизации и увеличения КПД биогазовой установки». И хотя основная часть работы была сделана в студенчестве, впервые темой биоэнергетики Лилия Сергеева заинтересовалась в старших классах.


Так выглядит модуль в разобранном виде
Фото предоставлено Лилией Сергеевой

«Я училась в Сосновоборской гимназии и, чтобы перейти в другой класс, нужно было подготовить какую-либо научную работу. Я наткнулась на ютубе на видео о том, как собрать биогазовую установку в домашних условиях. Поначалу меня интересовали альтернативные виды энергии и сырье для их получения: можно использовать листья, шишки, даже навоз... уже потом мне стали интересны сами биогазовые установки, я собрала команду и мы сделали первый макет», — рассказывает Лилия.

На первом курсе СФУ она отправилась со своим макетом установки на IT START в Новосибирске — это мероприятие организует Агентство инновационного развития. Как раз тогда у Лилии появилась идея делать не биогазовую установку, а модуль для увеличения ее производительности.

Дело вот в чем: КПД биогазовой установки зависит от состояния сырья — его температуры, влажности, биохимического равновесия. Если поддерживать эти показатели в районе нужных значений, можно получать больше газа.

Задача модуля — с помощью датчиков следить за состоянием сырья и, в случае отклонений, автоматически приводить их в норму. Например, если упал показатель влажности — добавить в сырье воды с помощью помпы. Всего в команде Лилии три человека — она сама, а также Андрей Алексеев и Алексей Букин. Большую часть работы сделала Лилия, но Андрей помогал с программированием. Алексей — схемотехник, и помогал со сборкой и прошивкой первого прототипа модуля Netfuel.

Лилия Сергеева, автор проекта, на защите перед жюри гранта УМНИК
Фото: паблик ВК «КРИТБИ бизнес-инкубатор», vk.com/kritbi_krsk

«Модуль собран на основе контроллера марки Arduino, к которому подключается плата — мы ее сами разработали и заказали ее печать. Датчики покупались отдельно. Клапан подачи воды мы заказывали от стиральной машины. Контроллер и плату нужно было прошить, запрограммировать. На печатной плате находится дисплей, куда выводятся все показания. Датчики находятся внутри установки и передают показания, которые затем выводятся на дисплей», — рассказывает Лилия.

Чтобы опробовать модуль для работы с разными типами сырья, приходилось порой импровизировать. Например, однажды молодые ученые нашли на Avito объявление о продаже навоза. Его требовалось совсем немного, и продавец согласился поделиться им бесплатно — нужно было лишь приехать в деревню и набрать будущее сырье в мешочек. Это все, конечно, забавно, но навоз в биоустановках — обычное дело. В этом и состоит их главный плюс: можно получать энергию почти из чего угодно.

В 2019 году Лилия получила 500 000 рублей на развитие своего проекта, в рамках гранта УМНИК — очная защита проекта проходила годом ранее, в стенах Красноярского регионального инновационно-технологического бизнес-инкубатора (КРИТБИ), который оказывает поддержку молодым ученым.

Полученные от гранта УМНИК деньги пошли на закупку новых комплектующих — например, датчики в ходе работы выходили из строя, требовалась замена. Кроме того, требовались измерительные приборы, чтобы проверять правдивость показаний датчиков. Наконец, деньги нужны были, чтобы расплатиться за работу с программистом и схемотехником.

На экране приведен один из доводов в пользу биогазовых установок — их можно широко применять в сельском хозяйстве
Фото: паблик ВК «КРИТБИ бизнес-инкубатор», vk.com/kritbi_krsk

Лилия сейчас учится на 4 курсе СФУ, по специальности «Информационная безопасность». Образование Лилии никак не связано с энергетикой — когда-то она выбрала его, потому что любила математику. Чтобы совмещать приятное с полезным, она готовит учеников 8-ых, 10-ых и 11-ых классов к ЕГЭ и ОГЭ по математике.

Между тем, проект модуля Netfuel ждет дальнейшее развитие — если грант УМНИК выдавался лишь на исследовательские цели, то следующий грант уже подразумевает запуск мелкосерийного производства.

«Я планирую работать с новосибирской компанией „СибБиоГаз“, которая производит оборудование. С этой компанией у нас подписано соглашение о сотрудничестве, и они заинтересованы в запуске производства. Либо с кем-то из резидентов Сколково, кто работает в этой же сфере. Параллельно я стажируюсь в качестве менеджера IT-проектов по своей специальности, мне интересны контент-разработка и веб-разработка», — рассказывает Лилия.

Запустить модуль в производство должен помочь конкурс «Старт-1», победители которого получают 3 млн рублей от Фонда содействия инновациям, на создание юридического лица, и запуск мелкосерийного производства.

Чтобы получить деньги, предстоит проделать много работы. Во время защиты на гранте УМНИК молодым ученым нужно было провести анализ рынка, проанализировать конкурентов и целесообразность воплощения их проекта в жизнь... Но для «Старта-1» нужен уже подробный бизнес-план, который комиссия конкурса будет оценивать не менее придирчиво, чем техническую сторону проекта.

Вот так проявленный в школе интерес к биоэнергетике привел к серьезной научной работе — даже несмотря на то, что молодая ученая выбрала специальность, с энергетикой не связанную. Если в будущем в России начнут интенсивно развивать биоэнергетическую отрасль, проект Лилии придется очень кстати. Впрочем, даже на сегодняшнем уровне развития биоэнергетики у проекта есть своя ниша на рынке.


Вас также заинтересует: