Визначення можливості використання біогазових технологій для впровадження енергозбережних систем мікроклімату
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.341736Ключові слова:
енергозберігаючі технології, мікрокліматичні системи, відновлювані джерела енергії, біогазові установки, утилізація відходівАнотація
Об'єктом цього дослідження є викиди парникових газів (ПГ), що утворюються у тваринництві, головним чином метану (CH4) внаслідок кишкової ферментації та закису азоту (N2O) внаслідок процесів управління гноєм. Проблема, що досліджується, полягає в відсутності інструментальних методів та національних програм для вимірювання та скорочення викидів від тварин, що утримуються в обмеженому просторі, що призводить до надмірного викиду метану та неефективного використання гною.
На основі даних інвентаризації результати показують, що щорічні викиди від сільського господарства становлять 20 982,25 тис. тон CO2-екв. метану (58% від сільськогосподарських ПГ) та 15 239,72 тис. тон CO2-екв. закису азоту (42%), із загальною кількістю викидів 319,547 млн тон CO2, 2,313 млн тон CH4 та 0,058 млн тон N2O у 2018 році. Інтерпретація цих результатів підтверджує, що неправильне зберігання гною, застарілі технології та відсутність систем рекуперації біогазу є основними факторами, що сприяють підвищенню викидів ПГ у всьому світі.
Відмінною особливістю цього дослідження є розробка автономних кліматично чистих біоенергетичних систем, оснащених сонячними колекторами та біореакторами, які перетворюють відходи тваринного походження на біогаз та органічні добрива. Це інноваційне технологічне рішення не лише пояснює механізми скорочення викидів, але й демонструє, як тваринницькі підприємства можуть генерувати відновлювану теплову та електричну енергію, покриваючи до 80–85% своїх загальних потреб в енергії.
Практичне значення дослідження полягає в демонстрації того, як інтеграція таких біогазових технологій може покращити екологічну безпеку, зменшити залежність від викопного палива, підвищити довгострокову енергетичну стійкість та сприяти сталому розвитку сільського господарства в глобальному масштабі
Посилання
- Islam, S. M. M., Gaihre, Y. K., Biswas, J. C., Jahan, Md. S., Singh, U., Adhikary, S. K. et al. (2018). Different nitrogen rates and methods of application for dry season rice cultivation with alternate wetting and drying irrigation: Fate of nitrogen and grain yield. Agricultural Water Management, 196, 144–153. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2017.11.002
- Schmithausen, A. J., Schiefler, I., Trimborn, M., Gerlach, K., Südekum, K.-H., Pries, M., Büscher, W. (2018). Quantification of Methane and Ammonia Emissions in a Naturally Ventilated Barn by Using Defined Criteria to Calculate Emission Rates. Animals, 8 (5), 75. https://doi.org/10.3390/ani8050075
- Genstwa, N., Zmyślona, J. (2023). Greenhouse Gas Emissions Efficiency in Polish Agriculture. Agriculture, 14 (1), 56. https://doi.org/10.3390/agriculture14010056
- Bobrowski, A. B., Willink, D., Janke, D., Amon, T., Hagenkamp-Korth, F., Hasler, M., Hartung, E. (2021). Reduction of ammonia emissions by applying a urease inhibitor in naturally ventilated dairy barns. Biosystems Engineering, 204, 104–114. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2021.01.011
- Džermeikaitė, K., Krištolaitytė, J., Antanaitis, R. (2024). Relationship between Dairy Cow Health and Intensity of Greenhouse Gas Emissions. Animals, 14 (6), 829. https://doi.org/10.3390/ani14060829
- Waghorn, G. C., Hegarty, R. S. (2011). Lowering ruminant methane emissions through improved feed conversion efficiency. Animal Feed Science and Technology, 166-167, 291–301. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2011.04.019
- Bell, M. J., Wall, E., Simm, G., Russell, G. (2011). Effects of genetic line and feeding system on methane emissions from dairy systems. Animal Feed Science and Technology, 166-167, 699–707. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2011.04.049
- Shibata, M., Terada, F. (2010). Factors affecting methane production and mitigation in ruminants. Animal Science Journal, 81 (1), 2–10. https://doi.org/10.1111/j.1740-0929.2009.00687.x
- Baibolov, A., Sydykov, S., Alibek, N., Tokmoldayev, A., Turdybek, B., Jurado, F., Kassym, R. (2022). Map of zoning of the territory of Kazakhstan by the average temperature of the heating period in order to select a heat pump system of heat supply: A case study. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 44 (3), 7303–7315. https://doi.org/10.1080/15567036.2022.2108168
- National report on the state of the environment and on the use of natural resources of the Republic of Kazakhstan for 2019. Available at: https://www.cawater-info.net/pdf/ndsos_2019.pdf
- Rotz, C. A. (2018). Modeling greenhouse gas emissions from dairy farms. Journal of Dairy Science, 101 (7), 6675–6690. https://doi.org/10.3168/jds.2017-13272
- Gomez-Zavaglia, A., Mejuto, J. C., Simal-Gandara, J. (2020). Mitigation of emerging implications of climate change on food production systems. Food Research International, 134, 109256. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109256
- Qian, H., Zhu, X., Huang, S., Linquist, B., Kuzyakov, Y., Wassmann, R. et al. (2023). Greenhouse gas emissions and mitigation in rice agriculture. Nature Reviews Earth & Environment, 4 (10), 716–732. https://doi.org/10.1038/s43017-023-00482-1
- Bai, M., Sun, J., Denmead, O. T., Chen, D. (2017). Comparing emissions from a cattle pen as measured by two micrometeorological techniques. Environmental Pollution, 230, 584–588. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2017.07.012
- Janke, D., Willink, D., Ammon, C., Hempel, S., Schrade, S., Demeyer, P. et al. (2020). Calculation of ventilation rates and ammonia emissions: Comparison of sampling strategies for a naturally ventilated dairy barn. Biosystems Engineering, 198, 15–30. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2020.07.011
- Qu, Q., Groot, J. C. J., Zhang, K., Schulte, R. P. O. (2021). Effects of housing system, measurement methods and environmental factors on estimating ammonia and methane emission rates in dairy barns: A meta-analysis. Biosystems Engineering, 205, 64–75. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2021.02.012
- Mc Geough, E. J., Little, S. M., Janzen, H. H., McAllister, T. A., McGinn, S. M., Beauchemin, K. A. (2012). Life-cycle assessment of greenhouse gas emissions from dairy production in Eastern Canada: A case study. Journal of Dairy Science, 95 (9), 5164–5175. https://doi.org/10.3168/jds.2011-5229
- Chianese, D. S., Rotz, C. A.. Richard, T. L. (2009). Whole-Farm Greenhouse Gas Emissions: A Review with Application to a Pennsylvania Dairy Farm. Applied Engineering in Agriculture, 25 (3), 431–442. https://doi.org/10.13031/2013.26895
- Tubiello, F. N., Salvatore, M., Rossi, S., Ferrara, A., Fitton, N., Smith, P. (2013). The FAOSTAT database of greenhouse gas emissions from agriculture. Environmental Research Letters, 8 (1), 015009. https://doi.org/10.1088/1748-9326/8/1/015009
- Hadipour, A., Mohit, A., Kuhi, H. D., Hashemzadeh, F. (2021). Recent Nutritional Advances to Mitigate Methane Emission in Cattle: A Review. Iranian Journal of Applied Animal Science, 11 (1).
- Islam, S. M. M., Gaihre, Y. K., Islam, M. N., Jahan, A., Sarkar, M. A. R., Singh, U. et al. (2024). Effects of integrated nutrient management and urea deep placement on rice yield, nitrogen use efficiency, farm profits and greenhouse gas emissions in saline soils of Bangladesh. Science of The Total Environment, 909, 168660. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168660
- Shen, M., Huang, W., Chen, M., Song, B., Zeng, G., Zhang, Y. (2020). (Micro)plastic crisis: Un-ignorable contribution to global greenhouse gas emissions and climate change. Journal of Cleaner Production, 254, 120138. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.120138
- Aboagye, I. A., Beauchemin, K. A. (2019). Potential of Molecular Weight and Structure of Tannins to Reduce Methane Emissions from Ruminants: A Review. Animals, 9 (11), 856. https://doi.org/10.3390/ani9110856
- Clemens, J., Cuhls, C. (2003). Greenhouse gas emissions from mechanical and biological waste treatment of municipal waste. Environmental Technology, 24 (6), 745–754. https://doi.org/10.1080/09593330309385611
- Hashish, M. S., Hasanien, H. M., Ji, H., Alkuhayli, A., Alharbi, M., Akmaral, T. et al. (2023). Monte Carlo Simulation and a Clustering Technique for Solving the Probabilistic Optimal Power Flow Problem for Hybrid Renewable Energy Systems. Sustainability, 15 (1), 783. https://doi.org/10.3390/su15010783
- Tlenshiyeva, A., Tostado-Véliz, M., Hasanien, H. M., Khosravi, N., Jurado, F. (2024). A data-driven methodology to design user-friendly tariffs in energy communities. Electric Power Systems Research, 228, 110108. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2023.110108
- Baimukhanbetov, A., Bakhtiyar, B., Tokmoldayev, A., Kassym, R., Tursunbayeva, G., Korobkov, M. et al. (2025). Improvement of technology of biological purification of waste from sheep farms. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (10 (134)), 6–13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.323371
- Iskakov, R., Gulyarenko, A., Bembenek, M., Kassym, R. (2025). Technologies for efficient grinding of plant and animal waste: a review. EUREKA: Physics and Engineering, 2, 54–77. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2025.003733
- Utegenova, A., Bapyshev, A., Suimenbayeva, Z., Aden, A., Kassym, R., Tansaule, S. (2023). Development system for coordination of activities of experts in the formation of machineschetable standards in the field of military and space activities based on ontological engineering: a case study. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (2 (125)), 67–77. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.288542
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Ruslan Kassym, Asan Baibolov, Nessipbek Alibek, Shurat Sydykov, Francisco Jurado, Gulnar Akhmetkanova, Gulfairuz Zhunisbekova, Amanzhol Tokmoldayev
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
