У входа в Инженерную школу новых производственных технологий Томского политехнического университета возведена необычная теплица. Стенки у нее надувные, внутри — какие- то хитрые конструкции. «Приезжайте, скоро будут огурцы, а потом и клубника», — улыбается Алексей Николаевич Яковлев, директор инженерной школы, кандидат физико-математических наук, доцент ТПУ. Такая чудесная теплица — почти сказочная скатерть- самобранка, да и сам А.Н. Яковлев пользуется здесь репутацией фантазера — но умеющего претворять замыслы в жизнь.
О самых актуальных разработках этого научно- производственного комплекса и пошел наш разговор.
— Алексей Николаевич, слышала, что это называется «смарт- теплица». Что это значит?
— Это значит «умная теплица». А начинали мы со света. Пять или шесть лет назад мы озадачились проблемой того, что для человека и растений нужны разные компоненты света. С этой целью стали изучать построение облучательных установок, которые используются для теплиц. Оказалось, что в нашей стране преобладающие технологии — голландские, которые предлагают все решать в комплексе: не просто свет, а полностью теплицу со всеми комплектующими.
— Но ведь и у вас теплица.
— Сначала мы разработали облучатель, эффективный для теплиц. Но столкнулись с тем, что фермеры не готовы его использовать. Они сомневаются, требуют доказательств, что с таким облучателем урожайность не упадет, а вырастет. В голландской теплице, опять же, использовать наш облучатель проблематично. И так мы пришли к «умной» теплице. Но как заинтересовать фермера? Ведь это человек, который не обладает большими ресурсами. Ему это должно быть прежде всего выгодно и не слишком трудоемко. Если голландские конструкции капитальные, то мы решили сделать свои легковозводимыми. Это раз. Второе — недорогими, чтобы они окупались за два-три года и чтобы это было законченное решение под ключ. Они быстрые в реализации: максимум год от нулевой стадии до получения урожая. К тому же это должна быть теплица, предусматривающая возможность трансформации и плановой поэтапной модернизации, чтобы фермер мог реализовывать дополнительные ресурсы. Далее, эта теплица должна потреблять как можно меньше световой и тепловой энергии.
— Как же вам удалось добиться того, что все это быстро окупается?
— Мы связали это с различными возможностями сельского хозяйства. Скажем, использование органических отходов, которые есть у фермера. Они связаны, например, с животноводством, птицеводством либо просто с сельским хозяйством, где возникает много отходов растительного происхождения. Куда их девают? В компосты превращают, скотине скармливают или просто отваливают на могильники, которые используются у данного предприятия.
— А ведь это тоже экологически небезопасно.
— Да, это так. Поэтому мы начали думать и предложили модульную конструкцию, которая исполняется в виде полиэтиленовой теплицы. Пока это экспериментальный вариант, который мы будем дорабатывать, чтобы он выдерживал наши климатические условия. Сибирь — это восемь месяцев зимы. Как здесь говорят, лето у нас короткое, но малоснежное.
Решения в такой теплице будут зонированные, поделенные на части, в зависимости от того, какие там будут выращивать овощи либо другие культуры. Для того чтобы теплица стала ресурсосберегающей, мы используем солнечную энергию, геотермальные источники энергии, то есть те, которые находятся, например, под землей.
— А как вы это делаете?
— У нас созданы гелиосистемы, преобразующие солнечную энергию в определенные накопители. Геотермальные— это радиаторы, которые закапываются в землю, и потом с помощью теплового насоса используется разница температур. Ну и стандартные солнечные батареи — получение электроэнергии, которую мы используем для освещения, отопления теплицы. Рассматривались также и биогазовые установки. Это накопители, куда собираются отходы, например, животноводческих либо птицеводческих производств. Для этого используются емкости, куда собираются отходы, внутрь запускаются метаногены или микроорганизмы, которые в своей деятельности выделяют биометан. Сейчас мы запускаем экспериментальный полигон.
Мы посчитали, что для теплицы на полтора гектара срок окупаемости — три года. Мы ориентируемся на сумму 3-5 млн руб., чтобы наш тепличный комплекс был рентабельным для среднего фермера. В Томской области фермерам, участвующим в конкурсе, выделяют именно такие гранты.
Таким образом, мы рассчитываем на то, что в скором будущем наши тепличные комплексы заработают для всех.
— Это технология только для Томской области?
— Нет, мы собираемся ее расширять и предлагать для всей северной территории России. Например, можно объединить курятник и биогазовую установку, поместить их в сорокафутовый контейнер и отправить ледоколом в Арктику. Пока этот ледокол плывет. а это месяца два, там уже будут свежие яйца, куры выросли, а в теплице созрел первый урожай огурцов и других овощей. А можно в тайге поставить эту ферму, и она там заработает. Отходы от биогазовой установки можно запускать на гидропонику. Ничего не нужно специальным образом готовить: запустил — и занимаешься своими делами.
Для растений нужно подавать такой спектр, в котором есть много красного, синего и немного зеленого. Есть количественные характеристики, которые могут все это связать. Мы провели соответствующие эксперименты, затем подобрали оптимальное количество светодиодов и спроектировали светильник. При этом он еще и выполняет функцию, которую производители облучателей чаще всего не рассматривают как необходимую. Например, основное отличие часто используемых в голландской технологии облучателей на основе натриевых ламп заключается в том, что такая лампа не может управлять ни спектром, ни потоком: разряд зажегся — и все, лампа горит в одном режиме. К тому же энергия там такая большая, что вы не можете эту лампу повесить ниже определенного уровня, иначе растение сгорит. А вот наши светодиодные светильники эту задачу решают проще: мы можем динамически управлять спектром. менять, варьировать спектральный состав, добавлять красного, синего.
— Мы обсуждаем множество важных прикладных применений ваших разработок. Есть ли здесь фундаментальная научная ценность?
— Безусловно. Она, конечно, в большей степени связана с биологией, с агротехнологиями. Хотя и для нас, для физиков, она тоже есть. Мы провели исследования, которые показали, что при формировании растений очень важно изучение их морфологии. Это внутренняя структура растений, которая зависит как раз от спектрального состава светового потока. А это означает, что если мы едим клубнику, которая выросла в теплице, то, скорее всего, она другой морфологии, нежели та, которая выросла у вас на грядке, под солнцем. Это фундаментальная задача — понять разницу. А затем, владея этими знаниями, с точки зрения фундаментальных исследований определить, как облучать, каким составом, какой спектр необходим для какого растения.
— Найти идеальные параметры для каждого растения?
— Да, условно говоря: нажал кнопку— получил оптимальный результат при минимуме затрат. Мы сейчас работаем командой, где есть и приглашенные специалисты, в том числе иностранные. Методами так называемой римановской спектроскопии они анализируют внутреннюю структуру растений, которые мы наполняем с помощью света и питательной среды. Наши коллеги из Томского государственного университета помогают решать вопросы с биологической и почвоведческой сторон, а из Кемеровского сельскохозяйственного института— агротехнические. Энергетики занимаются газом, электричеством, солнечной электроэнергией, биогазовыми установками. У нас будут даже животноводы и растениеводы. Это мощная научно-практическая площадка, и наша кооперация должна дать важные результаты.
Беседовала Наталия Лескова
"Вечнозеленый Томск". "В мире науки" №10, 2018
https://scientificrussia.ru/articles/vechnozelenyj-tomsk-v-m...