Создание замкнутых биологических систем, аквапоника и автономное жизнеобеспечение

Принципы гидропоники, аквапоники и УЗВ

Аквапоника предполагает совмещение выращивания рыбы и растений в единой замкнутой системе

. Растения (томаты, клубника, салаты) потребляют продукты жизнедеятельности рыб, очищая воду, однако использование отходов человеческой жизнедеятельности исключается из-за высокого риска заражения патогенными микроорганизмами.

Промышленное выращивание рыбы базируется на принципах УЗВ (установки замкнутого водоснабжения)

. Для разведения осетра технологический процесс включает следующие жесткие нормативы:

• Коэффициент загрузки системы: 1/10 (на 100 кг биомассы рыбы требуется не менее одной тонны воды).
• Циркуляция воды: полный объем должен прокачиваться через фильтры минимум два раза в час.
• Этапы технологической очистки: вода последовательно проходит механический фильтр для отсева взвешенных частиц (экскрементов), блок растительной гидропоники или бактериальный биофильтр для вывода азотсодержащих соединений, ультрафиолетовый стерилизатор для обеззараживания и оксигенатор для насыщения кислородом перед возвратом в бассейны.

Автономные оранжереи и культивация биомассы

При рассмотрении изолированных систем жизнеобеспечения для убежищ участники отмечают опыт космической отрасли (системы жизнеобеспечения космонавтов и искусственные космические экосистемы).

В замкнутых объемах целесообразно культивировать кормовую и белковую базу: червей, мотыля, опарыша, улиток, креветок, а также водные микрокультуры — спирулину, хлореллу и ряску. При этом полностью автономная система невозможна без внешнего притока энергии, так как растения и биофильтры требуют постоянного освещения, искусственного подогрева и внесения микроэлементов. Практика показывает, что энтузиасты аквапоники со временем нередко смещают акцент на открытые участки (до 1 га) с капельным поливом и искусственной подсветкой.

Интегрированный кластер: энергетика, тепло и сырьевые потоки

В качестве модели устойчивого хозяйственного комплекса рассматривается интеграция нескольких производств, страхующих друг друга:

1. Лесопилка: переработка древесины формирует до 50% отходов (горбыль, щепа, кора, опилки). Из них целесообразно производить гранулированное топливо (пеллеты), имеющее более высокую удельную теплоту сгорания по сравнению с сырой щепой влажностью 30%.

2. Мини-ТЭЦ: сжигает пеллеты или щепу, вырабатывая электроэнергию для приводов оборудования и насосов, а также избыточное тепло для сушилок древесины, жилых помещений, теплиц и подогрева воды в рыбных резервуарах.

3. Тепличный блок и рыбная ферма (УЗВ): потребляют тепло и электроэнергию от местной генерации, замыкая пищевой цикл.

4. Пахотные поля: утилизируют осадок и твердые фракции отходов.

Альтернативная генерация энергии и биогаз

Освещение теплиц натриевыми лампами и постоянная работа насосов УЗВ требуют значительных электрических мощностей. Выбор источников генерации зависит от условий:

• Биогаз: рентабелен только при наличии крупной фермы с постоянным избытком навоза или при переработке торфа, сапропеля и донного ила при очистке заиленных водоемов.
• Традиционная и малая генерация: в структуре оптовой себестоимости самой доступной является энергия ГЭС, следом идут тепловые электростанции (газ, уголь), далее АЭС, а ветровые и солнечные электростанции оказываются наиболее затратными. Для автономного объекта оптимальным решением признается газовый или дизельный генератор с достаточным запасом топлива.
• Возобновляемая энергетика (ВИЭ): ветрогенераторы и малые ГЭС имеют лучший показатель EROEI по сравнению с солнечными батареями, однако ограничены ветровым потенциалом конкретных регионов (внутриконтинентальные равнины неэффективны для ветряков) и сложностью обслуживания.

Формирование кормовых цепочек в подсобном хозяйстве

Для обеспечения белком гидробионтов и производства удобрений предлагается каскадная цепочка: навоз от животноводства перерабатывается колониями червей в биогумус (для грунтов теплиц), а сами черви идут на подкормку рыбы.

В животноводческом блоке выбор животных определяется доступностью кормовой базы:

• Коровы обеспечивают высокие объемы молока и навоза, но требуют значительных затрат сена, площадей и опыта ухода.
• Козы менее требовательны к кормам и уходу, дают молоко высокой жирности.
• Неприхотливые мясные породы овец (в частности, бурятская буубей и эдильбаевская) показывают высокую выживаемость при минимальных трудозатратах.