The object of research, development or design (in Russian) : Биотехнология и генная инженерия в АПК Вид исследований: прикладное Область исследований; Инжиниринг и технологии

The object of research, development or design (in Kazakh) : Биотехнология және гендік инженерия АӨК-де Зерттеу түрі: қолданбалы Зерттеу саласы: инжиниринг және технологиялар

Aim of work (in Russian) : Целью проекта является разработка технологии биоконверсии метана в высокобелковый продукт за счет инновационного биореактора, основанного на использовании системы иммобилизаторов. Это позволит увеличить время контакта метана с метанотрофными бактериями и значительно увеличить эффективность процесса. Метанотрофные бактерии (Methylococcus capsulatus) позволяют эффективно поглощать метан из раствора тем самым происходит быстрое наращивание высокобелковой биомассы богатой легкоусвояемыми аминокислотами и полезными белками

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты – метанды биоконверсиялау технологиясын жүйелі түрде жетілдіру арқылы жоғары ақуызды өнім алу. Бұл инновациялық биореактор негізінде иммобилизаторлар жүйесін қолдануға негізделген. Мұндай тәсіл метанның метанотрофты бактериялармен (Methylococcus capsulatus) байланыс уақытын арттырып, үдерістің тиімділігін едәуір жоғарылатуға мүмкіндік береді. Метанотрофты бактериялар метанды ерітіндіден тиімді сіңіреді, нәтижесінде тез өсетін, оңай сіңірілетін аминқышқылдарына және пайдалы ақуыздарға бай жоғары ақуызды биомасса түзіледі

Методы исследования (на русском) : Основным аспектом проекта будет исследование работы биореактора с иммобилизатором, основанных на сочетании гидродинамических и тепловых факторов протекания раствора при взаимодействия бактерий с пузырьками метаа и кислорода воздуха

Методы исследования (на казахском) : Жобаның негізгі аспектісі – бактериялардың метан мен ауадағы оттегі көпіршіктерімен әрекеттесуін зерттеу кезінде ерітіндінің гидродинамикалық және жылулық факторларын ескере отырып, иммобилизаторы бар биореактордың жұмысын зерттеу болады. Метанның ерітіндіде нашар еру жағдайында метанотрофты бактериялардың (Methylococcus capsulatus) биомассасын тиімді өсіруге мүмкіндік беретін иммобилизаторы бар биореакторда метанды жоғары ақуызды өнімге биоконверсиялау үдерісінің теориялық негіздемесін әзірлеу. Жобаның негізгі аспектісі – бактериялардың метан мен ауадағы оттегі көпіршіктерімен әрекеттесуін зерттеу кезінде ерітіндінің гидродинамикалық және жылулық факторларын ескере отырып, иммобилизаторы бар биореактордың жұмысын зерттеу болады.

Obtained results and novelty (in Russian) : 1. Разработка теоретического обоснования процесса биоконверсии метана в высокобелковый продукт в биореакторе с иммобилизатором, обеспечивающий высокую эффективность наращивания биомассы метанокисляющих бактерий (Methylococcus capsulatus) в условиях слабой растворимости метана в растворе. 2. Исследование физико-химических, тепловых, гидродинамических и биологических процессов взаимодействия метанокисляющих бактерий (Methylococcus capsulatus), метана, кислорода воздуха в присутствии иммобилизатора в биореакторе, для обеспечения высокой производительности ферментера биомассы

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Метанның ерітіндіде нашар еру жағдайында метанотрофты бактериялардың (Methylococcus capsulatus) биомассасын тиімді өсіруге мүмкіндік беретін иммобилизаторы бар биореакторда метанды жоғары ақуызды өнімге биоконверсиялау үдерісінің теориялық негіздемесін әзірлеу. Иммобилизатор қатысатын биореакторда метанотрофты бактериялардың (Methylococcus capsulatus), метанның және ауадағы оттегінің өзара әрекеттесуінің физика-химиялық, жылулық, гидродинамикалық және биологиялық үдерістерін зерттеу арқылы биомасса ферментерінің жоғары өнімділігін қамтамасыз ету.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Результаты исследования могут повлиять на несколько сфер экономики и общественных отношений (нефтегазовый сектор – природный газ и утилизация метана из попутных нефтяных газов, угольная промышленность – выбросы метана при подземной добыче угля (это промышленная безопасность и социальная проблема связанная с жизнью рабочих в шахтах), биоконверсия метана из антропогенных истоников метана (биогаз и другие) имеет существенное значение как в Казахстане так и за рубежом. Последние переговоры с руководством «Private equity fund in agriculture» показали высокую заинтересованность в проекте как в плане коммерчески выгодного проекта так и в плане биоконверсии метана из биогаза (Turkey

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Зерттеу нәтижелері экономиканың бірнеше саласына және қоғамдық қатынастарға әсер етуі мүмкін (мұнай-газ секторы – табиғи газ және ілеспе мұнай газдарындағы метанды кәдеге жарату, көмір өнеркәсібі – көмірді жерасты өндіру кезінде метанның шығарындылары (бұл өндірістік қауіпсіздік және шахталардағы жұмысшылардың өмірімен байланысты әлеуметтік мәселе), антропогендік метан көздерінен (биогаз және басқа да көздер) метанды биоконверсиялау Қазақстанда да, шетелде де маңызды рөл атқарады. «Private equity fund in agriculture» басшылығымен соңғы келіссөздер жобаның коммерциялық тұрғыдан тиімділігімен қатар биогаздан метанды биоконверсиялау саласында жоғары қызығушылық тудырғанын көрсетті (Түркия).

Level of implementation (in Russian) : Проект позволяет из природного газа производить готовую продукцию минуя два передела. Удобрения используют для выращивания растений в течение года, после чего из них производят корм для животных. В данном проекте планируется из метана природного газа в одну стадию производить корм для животных и рыб в агроиндустрии. По расчетам 1 тонна биопротеина позволяет сбалансировать по протеину до 20 тонн растительных кормов. Члены проектной группы принимали активное участие в разработке инновационных проточных биореакторов объемом до 50 м3 (установка бактериального окисления железа). Эти биореакторы прошли опытно-промышленное внедрение при подземном скважинном выщелачивании металлов. Основным субстратом было растворенное двухвалентное железо (до 2,7 гр./литр в растворе). Были смонтированы биореакторы объемом 50 м3. В процессе работы в них была получена живая биомасса свыше 250 кг. Такое внедрение бактериального окисления железа на инновационных проточных биореакторах было осуществлено впервые в мире для подземного скважинного выщелачивания (ПСВ) металлов. Производительность биореакторов по раствору составила 300 000 м3/год. Данный биореактор позволяет производить до 1 500 тн белка в год. Эти работы показали принципиальную возможность для наращивания биомассы в биореакторах с иммобилизатором в производственных условиях и получения коммерческих обьемов микробиологического белка.

Level of implementation (in Kazakh) : Жоба табиғи газдан екі қайта өңдеу кезеңін айналып өтіп, дайын өнім өндіруге мүмкіндік береді. Тыңайтқыштар өсімдіктерді бір жыл бойы өсіруге пайдаланылады, содан кейін олардан жануарларға арналған азық өндіріледі. Бұл жобада табиғи газдағы метаннан бір кезеңде агроөнеркәсіпте жануарлар мен балықтарға арналған азық өндіру жоспарланған. Есептеулерге сәйкес, 1 тонна биопротеин 20 тоннаға дейін өсімдік азықтарын ақуыз құрамымен теңгеруге мүмкіндік береді. Жоба тобының мүшелері көлемі 50 м³ дейін инновациялық ағынды биореакторларды (темірдің бактериялық тотығу қондырғысы) әзірлеуге белсенді қатысқан. Бұл биореакторлар металдарды жерасты ұңғымалық шаймалау кезінде тәжірибелік-өнеркәсіптік енгізуден өткен. Негізгі субстрат ретінде ерітіндідегі еріген екі валентті темір (2,7 г/л дейін) пайдаланылды. Көлемі 50 м³ биореакторлар орнатылып, жұмыс барысында олардан 250 кг-нан астам тірі биомасса алынған. Металдарды жерасты ұңғымалық шаймалау (ЖҰШ) үшін осындай инновациялық ағынды биореакторларда темірдің бактериялық тотығуын алғаш рет әлемде енгізу жүзеге асырылды. Биореакторлардың ерітінді өңдеу өнімділігі жылына 300 000 м³ құрады. Мұндай биореактор жылына 1 500 тоннаға дейін ақуыз өндіруге мүмкіндік береді. Бұл жұмыстар биореакторларда иммобилизатордың көмегімен өндірістік жағдайда биомасса өсірудің және микробиологиялық ақуыздың коммерциялық көлемдерін алудың принципті мүмкіндігін көрсетті.

Efficiency (in Russian) : Задачей первого этапа является получение биомассы для проведения исследований. Для наращивания биомассы используется питательный раствор со средой для эффективного роста и размножения бактерий (Methylococcus capsulatus). Будут определены оптимальные условия размножения бактерий с доведением концентрации биомассы в растворе до 20-30 г/л. Определены влияние технологических параметров на процесс: концентрация питательных солей, температура, обьемы подачи раствора, метана (аэрации) метана и воздуха. Будут проведены исследования на двух типов иммобилизаторов (древесная щепа и пластиковая стружка) для определению оптимальных режимов процесса. Исследованы процессы прикрепления пузырьков газов (метан и воздух) к иммобилизатору что обеспечивает высокую эффективность процесса в биореакторах с иммобилизатором, а также некоторые гидродинамические процессы перемешивания в биореакторе. Разработка математической модели на основе данных экспериментов позволит моделировать и прогнозировать процесс наращивания биомассы в биореакторе с иммобилизатором. Газы в биореакторе будут подаваться через мелкопузырчатые аэратор, что обеспечить минимальные размеры пузырьков газов метана и воздуха.

Efficiency (in Kazakh) : Бірінші кезеңнің міндеті – зерттеулер жүргізу үшін биомасса алу. Биомассаны өсіру үшін бактериялардың (Methylococcus capsulatus) тиімді өсуі мен көбеюіне арналған орта мен қоректік ерітінді қолданылады. Бактериялардың көбеюіне оңтайлы жағдайлар анықталып, биомассаның ерітіндідегі концентрациясы 20-30 г/л дейін жеткізіледі. Технологиялық параметрлердің процеске әсері анықталады: қоректік тұздардың концентрациясы, температура, ерітіндінің, метан мен ауаның (аэрация) берілу көлемдері. Процесті оңтайлы режимдермен анықтау үшін екі түрлі иммобилизаторларда (ағаш жоңқасы мен пластикалық үгінді) зерттеулер жүргізіледі. Иммобилизаторға газ көпіршіктерінің (метан мен ауа) жабысу процестері зерттеледі, бұл иммобилизаторы бар биореакторларда процестің жоғары тиімділігін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, биореактордағы кейбір гидродинамикалық араластыру процестері зерттеледі. Эксперименттік деректер негізінде жасалған математикалық модель биореактордағы иммобилизатордың көмегімен биомассаны өсіру процесін модельдеуге және болжауға мүмкіндік береді. Биореакторға газдар ұсақ көпіршікті аэратор арқылы беріледі, бұл метан мен ауаның газ көпіршіктерінің минималды мөлшерін қамтамасыз етеді.

Field of application (in Russian) : Биопротеин является кормом для животных и рыб. Его использование в виде добавок к кормам значительно улучшает сбалансировансированность кормов по аминокислотам. Потребителями продукции будут компании и организации по выращиванию скота, рыб, птицефермы, а также частные фермерские хозяйства заинтересованные в быстром наращивании массы животных (лошади, овцы, коровы). Не менее 3 компаний и фермерских хозяйств уже выразили интерес к такой продукции. Важность наличия сбалансированных кормов по аминокислотам существенный фактор интенсификации выращивания скота в агроиндустрии Казахстана. Откроется возможность применения данной технологии и для утилизации метановых выбросов при добыче угля. Данный проект находиться на стыке химической , нефтегазовой , угольной отраслей и агроиндустрии, что определяет его принципиальную научную новизну, актуальность и междисциплинарность в Казахстане. Ввиду ограниченного состава исследовательской группы условиями гранта, то к работе будут привлечены компетентные сторонние организации для анализа качества биопротеина, что будет отражено в публикациях

Field of application (in Kazakh) : Биопротеин жануарлар мен балықтарға арналған азық болып табылады. Оны жемге қосымша ретінде пайдалану жемнің аминқышқылдары бойынша теңгерімділігін айтарлықтай жақсартады. Өнімнің тұтынушылары мал, балық, құс өсіретін компаниялар мен ұйымдар, сондай-ақ жануарлардың (жылқы, қой, сиыр) тез салмақ қосуына мүдделі жеке фермерлік шаруашылықтар болады. Қазіргі таңда 3-тен астам компания мен фермерлік шаруашылық осындай өнімге қызығушылық танытты. Аминқышқылдары бойынша теңгерімді жемнің болуы агроиндустрияда мал шаруашылығын интенсивті өсірудің маңызды факторы болып табылады. Бұл технологияны көмір өндіру кезінде метан шығарындыларын кәдеге жарату үшін қолдану мүмкіндігі де ашылады. Жоба химия, мұнай-газ, көмір өнеркәсібі және агроиндустрияның тоғысында орналасқан, бұл оның ғылыми жаңалығын, өзектілігін және Қазақстандағы пәнаралық маңыздылығын айқындайды. Грант шарттары бойынша зерттеу тобының құрамының шектеулі болуына байланысты, биопротеиннің сапасын талдау үшін жұмысқа құзыретті сыртқы ұйымдар тартылады, бұл зерттеу нәтижелерінің жарияланымдарында көрсетіледі.