В отличие от традиционных кормовых средств, таких как сено, зерно, которые в первую очередь обеспечивают животных энергией и пищевыми волокнами, белковые компоненты выполняют более специализированную функцию — восполняют нехватку протеина, аминокислот и других биологически активных веществ.

Дефицит кормовых белковых добавок уже сегодня наносит существенный ущерб сельскому хозяйству. Недостаток протеина в питании скота и птицы вызывает серьезные проблемы: уменьшение надоев молока, снижение ежедневных прибавок в весе, уменьшение количества яиц. Параллельно ухудшается состояние поголовья — пища усваивается хуже, молодые особи медленнее растут, повышается заболеваемость. Эти негативные последствия влекут за собой существенные экономические потери: увеличиваются затраты на питательные смеси, возрастает продолжительность выращивания, снижается общая доходность предприятий. В связи с этим протеиновые добавки стали обязательным элементом современных научно обоснованных рационов в животноводстве.

В современной системе классификации кормовые добавки подразделяются на пять основных категорий: протеиновые продукты животного и растительного происхождения, микробный белок, синтетические аминокислоты и белки, полученные из насекомых. Особый интерес представляет одноклеточный протеин, производимый из различных микроорганизмов, включая бактерии, дрожжи, микрогрибы и водоросли. Ключевыми достоинствами его выступают — высокая биологическая ценность и рентабельность производства, но вместе с тем его широкое применение сдерживает ключевой фактор — высокая стоимость исходного сырья.

Основные расходы при создании питательных примесей для животных связаны с энергетическими компонентами — глюкозой и сахарозой, выполняющими две важнейшие задачи: служат источником энергии для дрожжей и выступают основой для формирования питательных соединений. Без этих сладких добавок микроскопические организмы лишаются возможности полноценного роста и выработки ценных питательных веществ. Однако применение очищенных подсластителей обладает рядом существенных недостатков.

Во-первых, их стоимость высока — 300-600$ за тонну. Во-вторых, они содержат только углеводы, но не включают витамины, минералы и другие необходимые дрожжам питательные вещества. Из-за этого производителям приходится дополнительно закупать и вносить витаминно-минеральные комплексы, что значительно увеличивает себестоимость производства. Кроме того, технологический процесс усложняется тем, что требуется тщательная очистка сырья, точное дозирование и смешивание всех компонентов. Хотя дрожжи демонстрируют хорошую продуктивность на таких искусственных средах, совокупные затраты на сырьё и подготовку делают традиционную технологию экономически невыгодной. Это создаёт необходимость поиска более доступных и эффективных решений, которые могли бы снизить себестоимость без потери качества конечного продукта.

Ученые Пермского Политеха разработали технологию получения кормового белка из мелассы с использованием смешанной микробной культуры.

Меласса — густой сиропообразный побочный продукт, остающийся после производства сахара из свёклы или тростника, стоимостью всего 50-150$ за тонну. Меласса, в отличие от глюкозы и сахарозы, содержит те же необходимые сахара (около 50% состава), но при этом включает полный комплекс сопутствующих питательных веществ — калий, магний, витамины группы B и органические кислоты. Это как заменить аптечный раствор глюкозы и баночку витаминов на натуральный мёд — все ключевые компоненты остаются, но в естественной, сбалансированной и значительно более дешёвой форме. Такое решение позволяет в 4-10 раз снизить себестоимость производства, одновременно решая проблему утилизации отходов.

Кроме того, при использовании специально подобранных штаммов дрожжей меласса позволяет получать спирт, востребованный в различных отраслях промышленности. Такой этанол является дополнительным ценным продуктом, повышающим рентабельность всего биотехнологического процесса.

Для эксперимента были целенаправленно отобраны два вида дрожжей — Schizosaccharomyces pombe Y-3303 и Candida maltosa Y-194. Во-первых, они отлично перерабатывают сахара в полезный белок, что делает их высокопродуктивными. Во-вторых, неприхотливы и хорошо переносят различные примеси, которые могут содержаться в сырье. В-третьих, совершенно безопасны для использования в производстве кормов для животных.

— Сначала мы готовили питательную среду (основная «еда» для дрожжей). Для этого использовали два основных компонента: пептон (он содержит аминокислоты – «строительные блоки» для белков) и дрожжевой экстракт (богат витаминами и микроэлементами). Эти вещества необходимы дрожжам для активного роста. Затем добавляли углеродный субстрат – мелассу, сахарозу и глюкозу. Здесь сахара выступают как «топливо» для дрожжей: микроорганизмы расщепляют их и получают энергию для жизни и синтеза белка. Мы сравнивали разные виды сахаров, чтобы понять, на каком субстрате дрожжи растут лучше всего и производят больше белка. Затем методом проб определяли оптимальную концентрацию сахара (1-10 г/л) и изучали влияние добавок — азота, фосфора и микроэлементов. Дрожжи выращивали в 50 мл колбах с добавлением 20 мл среды при постоянном встряхивании (120 оборотов в минуту) и температуре 28-30°C, — рассказала Анастасия Зорина, кандидат биологических наук, доцент кафедры «Химия и биотехнология» ПНИПУ.

Оказалось, что на мелассе дрожжи растут быстрее и производят больше белка, чем на очищенных сахарах (сахарозе и глюкозе), благодаря тому, что меласса уже содержит в себе полезные вещества.

— Мы контролировали рост дрожжей двумя методами. Первый — измерение мутности раствора прибором (фотоэлектроколориметром) на длине волны 540 нм: чем больше клеток, тем выше показания. Второй метод включал центрифугирование проб для отделения клеток, их последующую сушку и взвешивание для определения сухой биомассы. Одновременно анализировали концентрацию белка по методу Бредфорда: к пробам добавляли синий краситель, изменение цвета которого зависит от содержания белка. После чего измеряли оптическую плотность раствора на спектрофотометре (прибор, который измеряет интенсивность света). Для точного расчета концентраций строили калибровочные кривые, — пояснила Анастасия Зорина.

Для контроля за ростом дрожжей ученые применяли комплексную систему мониторинга, сочетающую оперативные и точные методы анализа. Ежедневно проводились два типа измерений: быстрые экспресс-тесты для оценки динамики развития культуры и детальные лабораторные исследования для получения точных количественных данных. Первый метод давал возможность оперативно отслеживать изменения, второй — обеспечивал высокоточные численные показатели.

Исследование показало, что обычная меласса служит идеальным сырьем для выращивания дрожжей, производящих ценный кормовой белок. В ходе экспериментов с двумя штаммами было установлено, что эти микроорганизмы не только прекрасно развиваются на мелассе, но и демонстрируют более высокую продуктивность по сравнению с использованием очищенных углеводов. На основании анализа ростовых характеристик установлено, что использование мелассы позволяет увеличить продуктивность процесса накопления биомассы на 61% по отношению к глюкозе и на 5,6% по сравнению с сахарозой.

По результатам анализа также была выявлена важная особенность: при совместном выращивании двух штаммов продуктивность возрастает. Если по отдельности штаммы производили 0,065 г/л (Sz. Pombe) и 0,068 г/л (C. Maltosa) белка соответственно, то в смешанной культуре выход достиг 0,072 г/л, что на 8% больше. Следовательно, дрожжи в составе смешанной культуры показывают результат, который превосходит простую сумму возможностей отдельных штаммов.

Этот вывод имеет важное практическое применение, эффективно решая сразу две актуальные проблемы современной агропромышленной отрасли. Ежегодно сахарные заводы сталкиваются с необходимостью утилизации миллионов тонн патоки — побочного продукта производства, в то время как животноводческий сектор испытывает острый дефицит белковых кормов. Разработанная технология предлагает комплексное решение: она позволяет преобразовывать отходы сахарной промышленности в высококачественный и доступный по стоимости кормовой протеин.

В Чифэне (Китай) заработал завод компании Envision Energy, который называют самым масштабным и технологически продвинутым в мире по производству экологически чистого водорода и аммиака. И это действительно нечто большее, чем просто промышленный объект.

При производстве завод будет полностью используя энергию солнца и ветра через автономную систему ВИЭ. А к завершению проекта мощность увеличится до 1,5 млн тонн в год!

Завод работает под управлением ИИ, который в реальном времени оптимизирует работу системы:

— регулирует потребление энергии;

— управляет электролизерами;

— накапливает избыточную энергию в виде жидкого азота для последующего использования.

Впервые реализована масштабируемая модульная архитектура, которую можно быстро воспроизводить по всему миру. Это реальный шаг к глобальной трансформации энергетики.

«Мы не сможем достичь нулевых выбросов без зелёного водорода. И мы не можем позволить себе ждать». Лэй Чжан, основатель Envision

Больше интересной информации про топливо, нефть, энергию и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм

Беспроводные системы передачи энергии (WPT) позволяют передавать электрическую энергию без кабелей, однако при изменении нагрузки они часто сталкиваются с проблемами стабильности напряжения. Традиционные методы требуют точного расчёта параметров компонентов, основанного на упрощённых аналитических уравнениях, которые не всегда учитывают реальные условия эксплуатации.

Метод исследования

Исследовательская группа под руководством профессора Хироо Секия из Graduate School of Informatics, Chiba University, Япония, предложила полностью численный метод, использующий машинное обучение и реальное моделирование цепей. В рамках подхода цепь WPT описывается дифференциальными уравнениями, моделирующими поведение напряжения и тока, а также характеристики компонентов. Эти уравнения решаются численно на дискретных шагах времени до достижения стационарного режима. Оценочная функция учитывает стабильность выходного напряжения, эффективность передачи энергии и общее гармоническое искажение.

Для оптимизации параметров системы применяется генетический алгоритм, который последовательно корректирует параметры, пока не будет достигнуто требование независимости от нагрузки (LI‑operation).

“Мы разработали новый проектный процесс для LI‑WPT системы, который обеспечивает постоянное выходное напряжение без управления при изменении нагрузки. Считаем, что независимость от нагрузки является ключевой технологией для социального внедрения WPT систем. Кроме того, это первый успешный пример полностью численного проектирования на основе машинного обучения в области исследований силовой электроники.”

профессор Хироо Секия

Экспериментальные результаты

Метод был применён к системе класса‑EF, объединяющей инвертор класса‑EF и выпрямитель класса‑D. В традиционном инверторе без LI‑операции ZVS (нулевое переключение напряжения) сохраняется только при номинальном рабочем режиме; при изменении нагрузки ZVS теряется, а эффективность падает. В версии, спроектированной с использованием предложенного метода, ZVS и выходное напряжение сохранялись при различных нагрузках.

• В традиционной системе отклонение выходного напряжения достигало 18 % при изменении нагрузки.

• В системе, разработанной полностью численным методом, отклонение оставалось ниже 5 %, что свидетельствует о повышенной стабильности.

• При учёте паразитных ёмкостей диода эффективность сохранялась при малых нагрузках.

• Анализ потерь показал, что передающая катушка расходует почти одинаковое количество энергии при разных нагрузках благодаря поддержанию постоянного выходного тока.

• При номинальном рабочем режиме система класса‑EF достигла эффективности передачи энергии 86,7 % при частоте 6,78 МГц и обеспечивала более 23 Вт выходной мощности.

Перспективы и выводы

Исследователи отмечают, что потенциальные применения их работы могут выйти за пределы беспроводной передачи энергии. Профессор Секия подчёркивает, что результаты представляют значительный шаг к полностью беспроводному обществу, а благодаря независимости от нагрузки система может быть построена проще, что снижает её стоимость и размеры. Цель группы — сделать WPT обычным явлением в течение ближайших 5‑10 лет.

Более того, данный проектный метод демонстрирует, что искусственный интеллект и машинное обучение могут быть использованы для автоматизации разработки в области силовой электроники.

Больше материалов на канале РобоТок: https://t.me/tobotsp

Новую технологию создала и испытала «Газпром нефть» вместе с партнерами. Высокоточное бурение осуществляется тонкими иглами из титана — этот металл позволил сделать конструкции легкими, прочными и устойчивыми к коррозии. Каждая игла оснащена своим буровым инструментом диаметром 12 миллиметров. При этом применять дополнительные оборудование, материалы и реагенты при таком методе не нужно.

Бурение титановыми иглами подходит для разработки тонких пластов с нефтью, которые проходят рядом с водоносными горизонтами и газовой шапкой. Обычно «трудную» нефть добывают с помощью гидроразрыва пласта, но в таких сложных геологических условиях использовать его нельзя: трещины могут выйти за пределы нефтяных залежей, и в скважину устремится газ либо вода.

Специалисты «Газпром нефти» вместе с российскими инженерами и учеными разработали и применили технологию, которая стала дополнением к традиционному гидроразрыву пласта. Испытания продемонстрировали высокий потенциал оборудования для его дальнейшего применения на месторождениях компании. Это повысит эффективность разработки геологически сложных залежей и поможет в добыче «трудной» нефти на удаленных участках в Восточной и Западной Сибири.

Сергей Доктор, начальник департамента по добыче «Газпром нефти»

Первую горизонтальную скважину по новой технологии построили на месторождении «Газпром нефти» в ХМАО — Югре. Специалисты пробурили иглами 54 боковых ствола, создав сеть искусственных каналов. Это увеличило приток нефти в скважину более чем на треть.

Сердцем каждого энергоблока станет водо-водяной реактор с элементами спектрального регулирования — стержнями из поглощающего материала, которые позволяют изменять скорость замедления нейтронов и регулировать цепную реакцию деления атомных ядер. Благодаря им реактор сможет при той же мощности потреблять на 30% меньше топлива. Работать такие реакторы смогут на смеси урана и плутония, поэтому их можно будет задействовать при замкнутом топливном цикле.

Первые два энергоблока на площадке будущей АЭС планируют построить в период с 2027 по 2037 годы.

Геотермальная энергия — один из видов возобновляемой энергии, развитие использования которой особенно важно в удаленных регионах. Самые отдаленные поселки там часто не подключены к энергосистеме России, а применение дизельного топлива или протягивание проводов делают энергию дорогой, зависимой от погоды и транспорта, особенно зимой. В таких регионах важно развивать геотермальные технологии и поддерживать их внедрение на разных уровнях — в том числе, например, субсидировать покупку геотермальных установок для частных домов.

Мария Гирич, научный сотрудник лаборатории анализа лучших международных практик Института экономической политики имени Гайдара

По словам Марии Гирич, согласно отчетам Международного энергетического агентства, самыми перспективными сейчас считаются паровые установки быстрого нагрева — геотермальные станции на сухом паре, пароводяной смеси и высокотемпературной воде. Они, подчеркивает эксперт, используются в существующих электростанциях, но их можно продолжать совершенствовать.

Помимо Камчатки, отмечает эксперт, перспективными в плане внедрения технологий геотермальной энергетики являются Курилы, Северный Кавказ и Западная Сибирь.