Практикалық сабақ

Кіріспе

Ауыл шаруашылығында шығарындылардың негізгі көзі мал шаруашылығы болып табылады. Метан атмосфераға ауыл шаруашылығы жануарларының ішектік (энтерикалық) ферментация процесі кезінде түседі. Метан шығарындылары сондай-ақ, анаэробты жағдайда көңнің ыдырауы нәтижесінде өңдеу және сақтау жүйелерінен де түзіледі. Сонымен қатар, көңді сақтау және пайдалану кезінде азот тотығының аз мөлшері бөлінеді. Жеке мал шаруашылығы кәсіпорындары үшін осы қызметтен метан мен азот тотығының шығарындыларын есептеуді жүргізу қажет.
Метанды шөпқоректі күйіс қайырушылар ішкі ферментацияның қосалқы өнімі ретінде шығарады, бұл микроорганизмдер көмірсуларды қанға сіңу үшін қарапайым молекулаларға ыдырататын ас қорыту процесі. Бұл жағдайда бөлінетін метан мөлшері жануардың түріне, ас қорыту жолдарының түріне, оның жасына және дене салмағына, сондай-ақ тұтынылатын тағамның сапасы мен мөлшеріне байланысты.
Метанның бөліну жылдамдығына жануарлардың ас қорыту жүйесінің түрі айтарлықтай әсер етеді. Күйіс қайыратын малдың ас қорыту жолының бірінші бөлігінде олар тұтынатын азықтың қарқынды микробиологиялық ферментациясын сақтап тұратын созылмалы камерасы болады. Бұл жемдік құрамдағы целлюлозаны қорыту мүмкіндігімен қоса, бірқатар қоректік артықшылықтарды қамтамасыз етеді. Негізгі күйіс қайыратын жануарларға ірі қара мал, буйвол, ешкі, қой, бұғы, түйе жатады. Күйіс қайырмайтын ірі қара (жылқылар, қашырлар, есектер) және бір асқазанды малдар (шошқалар) метан шығарындыларын салыстырмалы түрде аз мөлшерде бөлуімен сипатталады, өйткені олардың асқорыту жүйесінде метан түзетін ферментация процесі әлдеқайда төмен болады.
Бұл әдістеме бойынша жабайы күйіс қайыратын жануарлар есепке алынбайды. Шығарындыларды тек қолға үйретілген жануарларды ғана (мысалы, елде бар болса, өсірілген бұғы, бұлан және буйвол) қарастыру керек. Ірі қара мал (ІҚМ) атарлықтай көп елдерде метан шығарындыларының ең маңызды көзі болып табылады. Бұл Қазақстанға тән. Бұл сектордағы ең маңызды шығарындылар малды қорада ұстаумен байланысты, онда көң ауаға жетпейтін сұйық жүйелерде, яғни анаэробты түрде өңделеді [1].
Мал шаруашылығынан метан шығарындыларын бағалау әдістері жануарлардың қосалқы санаттарын, жылдық қорын, ал жоғары деңгейлі әдістер үшін жемшөп шығыны мен жемдік сипаттамаларын анықтауды талап етеді. Осы қызмет түрлерінен метан шығарындыларын есептеу үшін әрбір мал шаруашылығы ұйымында болатын мал басының саны туралы бастапқы деректер қажет. Қазақстандағы мал шаруашылығы туралы жалпы мәліметтер 1-суретте берілген [2].

1-сурет. 2019-2020 жылдарға ауыл шаруашылығы жануарларының саны, мың бас (Дереккөз: Ұлттық статистика бюросы)

ҚР ЭТЖМ Климаттық саясат және жасыл технологиялар департаментінің мәліметтері, 1990 жылдан 2019 жылға дейінгі секторлар бойынша парниктік газдардың жалпы шығарындылары 2-суретте көрсетілген.

2-сурет. Қазақстан бойынша 1990 жылдан 2019 жылға дейін секторлар бойынша парниктік газдардың жалпы шығарындылары, мың тонна СО2 экв. (Дереккөз: ҚР ЭТЖМ Климат саясаты және жасыл технологиялар департаменті). ӨПӨП – өнеркәсіптік процестер мен өнімді пайдалану; ЖПЖПӨОШ – жер пайдалану, жер пайдалануды өзгерту және орман шаруашылығы.

2-суретте Қазақстандағы парниктік газдардың жалпы ұлттық шығарындыларына ең көп үлесті «Энергетикалық қызмет» секторы қосатыны, екінші орынды «Ауыл шаруашылығы» секторы алатыны көрсетілген.
Бұл бағалаулар Қазақстандағы парниктік газдар шығарындыларының ұлттық инвентаризациясына негізделген және тұтастай алғанда елдегі, сондай-ақ ауыл шаруашылығы секторындағы парниктік газдар шығарындыларының жалпы деңгейін көрсетеді. Жалпы ауыл шаруашылығындағы парниктік газдар шығарындыларына метан шығарындыларын тудыратын күріш өсіру сияқты басқа көздер де, сондай-ақ осы әдістемеде қарастырылмаған ауылшаруашылық топырақтарынан метан және азот оксидтері шығарындылары да бар екенін атап өткен жөн [2].
Бұл әдістемеде мал басының қосалқы санаттарын анықтау, шаруашылықтардағы мал басы туралы мәліметтерді алу рәсімдерінің сипаттамасы, сондай-ақ Қазақстанда қолдануға ұсынылатын көңді сақтау әдістерін ескере отырып, метан шығару факторлары мен факторларды таңдау кіреді. Метан шығарындыларын есептеу әдістері мал санаттарына және көңді сақтау жүйелеріне байланысты таңдалады. Климаттың өзгеруі жөніндегі үкіметаралық топтың (КӨЖҮТ) нұсқаулары [3, 4, 5] аймақтық ерекшеліктерді ескере отырып, мал шаруашылығы кәсіпорындарына бейімделген осы қызмет түрлерінен метан шығарындыларын бағалау әдістемесін әзірлеудің негізгі көзі болды.

Ауыл шаруашылығы жануарлары мен көңнің ішкі ферментация кезіндегі парниктік газдар шығарындыларын бағалау

Бұл әдістеме ауыл шаруашылығы секторындағы шығарындылар көздерінің келесі санаттарын қарастырады:
– Ауыл шаруашылығы жануарлары мен құстардың ішкі ферментациясы кезіндегі CH4 шығарындылары;
– Көңді және құс қиын жинау, сақтау және пайдалану жүйелерінен CH4 шығарындылары;
– Көңді және құс қиын жинау, сақтау және пайдалану жүйелерінен N2O шығарындылары.
Көрсетілген қызмет түрлері бойынша мал шаруашылығы кәсіпорындары үшін метан және азот оксиді шығарындыларын есептеу әдістемесін қарастырайық.

Малдың ішкі ферментациясы кезіндегі СН4 шығарындыларын бағалау

Сауын сиырлардың саны қалған ірі қаралардан бөлек бағаланады. Кейбір елдерде сауын сиырлар саны келесіге бөлінеді:
а) өнімділігі жоғары;
б) өнімділігі төмен.
Бұл екі топты сауын сиырлардың екі категориясын анықтау арқылы бөлек бағалауға болады. Негізінен етке арналған бұзау алу үшін немесе шала мал ретінде ұсталатын сиырлардың өнімділігі төмен. Көп мақсатты сиырларды басқа ірі қара мал ретінде қарастыру керек.

Ішкі ферментация кезіндегі метанның шығарындыларын есептеу

Жануарлардың әрбір тобы үшін метан шығарындыларының есебі (1) формула бойынша жүргізіледі.

СН4 шығарындылары = EF • мал басы/(106 кг/Гг), (1)
мұндағы:
СН4 шығарындылары – ішкі ферментация нәтижесінде бөлінетін метан шығарындылары, Гг CH4/жылына,
EF – нақты мал басы үшін шығарындылар көрсеткіші, кг/бас/жылына, (1-кесте),
Мал басы – мал саны, бас.
Ішек ферментациясы нәтижесінде мал шаруашылығының әрбір топтары үшін үй жануарларынан шығарылатын метанның эмиссия көрсеткіштері 1-кестеде көрсетілген.
Шығарындылар көрсеткіштерін таңдау берілген ауылшаруашылық кәсіпорнындағы (шаруашылық) мал басының ең қолайлы сипаттамалары бойынша жүргізіледі. Әртүрлі зерттеулерден алынған ішкі (энтеральды) ферментацияға арналған әдепкі шығарындылар көрсеткіші КӨЖҮТ әдістемесінде аймақтар бойынша жүйеленген. Ірі қара мал ішектік ферментация кезіндегі метанның негізгі көзі болғандықтан, сүтті және сүтті емес малдың шығарындыларын бөлек есептеген жөн.
Сүтті және сүтті емес ірі қара малдар үшін Азия елдері үшін анықталған эмиссиялық факторлардың мәндері алынды, өйткені оларда мал жаюының агроклиматтық жағдайы Шығыс Еуропаға қарағанда Қазақстанға жақынырақ. Қалған жануарларға келетін болсақ, дамыған елдердер үшін арналған көрсеткіштер алынды (1-кесте).
Шығарынды көрстекіштер жыл бойы (365 күн) мал категориясы бойынша шығарылады.

1-кесте. Ішек ферментация тобындағы есептеулер үшін метан эмиссиясының көрсеткіштері

Содан кейін жануарлардың әрбір тобы бойынша есептерді қорытындылау керек. Метан шығарындыларын СО2 эквивалентінде көрсету үшін алынған мөлшерді 25-ке тең метанның ЖЖП-ге көбейту қажет.

Көң мен қиды жинау, сақтау және жою жүйелерінен метан шығарындыларын есептеу

1 кезең: Мал санын анықтау
Малдың немесе құстың орташа жылдық санын бағалау 2 формула бойынша анықталады:

ААР = (өмір сүру ұзақтығы) ⋅ NAP/365 (2),
мұндағы:
ААР - жартыжылдық мал саны;
NAP - жыл сайын туатын жануарлардың саны.
2 кезең: Эмиссия көрсеткішін таңдау
Метанның эмиссия көрсеткішін мал мен құстың әрбір түрі бойынша 2-кестеден табуға болады.

2-кесте. Көңнен шығатын метан эмиссиясының көрсеткіштері

3 кезең: Көң мен құс қиын сақтау жүйелерінен метан шығарындыларын есептеу
Көңнен шығатын метан шығарындыларын есептеу (3) формула бойынша жүргізіледі.
Жылдағы мал басының санын анықтағаннан кейін және шығарындылар көрсеткішінің мәндерін таңдағаннан кейін (3) формула бойынша жануарлардың әрбір тобы үшін метан шығарындылары есептеледі.

СН4 шығарындылары = EF • мал басы/(106 кг/Гг), (3)
мұндағы:
СН4 шығарындылары – ішкі ферментация нәтижесіндегі метан шығарындылары, Гг CH4/жыл,
EF – нақты мал басы үшін арналған шығарындылар көрсеткіші, кг/бас/жыл, (2-кесте),
Мал басы – мал саны, бас.
Содан кейін жануарлардың әрбір тобы бойынша есептерді қорытындылау керек. Метан шығарындыларын СО2 эквивалентінде көрсету үшін алынған өнімді 25-ке тең метанның ЖЖП-ге көбейту керек.

Көң мен қиды жинау, сақтау және көму жүйелерінен азот тотығының шығарындыларын есептеу1 кезең: Көңді жинау, сақтау және пайдалану түрлерін анықтау
Бірінші кезеңде көңді жинау, сақтау және пайдалану жүйелерінің түрлерін анықтау қажет.
Қазақстандағы көң мен қиды жинау, сақтау және жою жүйелерін зерттеу нәтижелері бойынша бұл жүйелердің негізгі түрлері анықталды. Жануарлардың бірдей санаттары 3-кестеде көрсетілгендей, 1996 жылғы Қайта қаралған КӨЖҮТ нұсқаулығында [1] көрсетілгендей әртүрлі көңді жинау және сақтау жүйелерін пайдаланып жыл бойы сақталуы мүмкін.

3-кесте. Көңді сақтаудың әртүрлі жүйелері үшін азоттың эмиссиялық коэффициентінің мәндері, (жылына бөлінген азот мөлшері, кг)

2 кезең: Эмиссия көрсеткіштерін таңдау
Көң мен құс қиын жинау, сақтау және пайдалану жүйелерінен азот оксидінің эмиссиялық коэффициенттерін 4-кестеден алуға болады.

4-кесте. Көңнен бөлінетін азот тотығы эмиссиясының көрсеткіштері

Әдетте, шаруашылықтарда жинау, сақтау және пайдаланудың әртүрлі жүйелері үшін көңді таратудың бір ғана түрі қолданылады (3-кесте).
Егер бір шаруашылықта көңді сақтаудың және басқарудың әртүрлі түрлері қолданылса, онда есептеулерде сол немесе басқа жүйенің үлесін ескеру қажет. Әдетте, шошқалар үшін анаэробты жүйелер, ірі қара малдар үшін сұйық жүйелер, қой және кейде басқа жануарлар үшін жайылымдарда көң қалдығы қолданылады.
3 кезең: Көңнен азот тотығы эмиссиясының есебі
Көңді сақтау және пайдалану кезіндегі N2O эмиссиясын бағалау 4 формула бойынша жүргізіледі:

N2O(AWMS) эмиссиясы= Σ [Nex (AWMS) • EF 3 (AWMS)] (4)
мұндағы:
N2O(AWMS) – нақты мемлекеттегі малдар қалдығын сақтау және пайдаланудың барлық жүйелерінен N2O эмиссиясы (AWMS) (кг N/жыл);
Nex (AWMS) – мал қалдықтарын сақтау мен пайдаланудың берілген жүйесінен көң құрамындағы азотты енгізу (кг/жыл);
EF 3 (AWMS) – AWMS үшін N2O эмиссия көрсеткіші (кг N2O-N/кг Nex (AWMS)).
Көң құрамындағы азоттың түсуін 5 формуласы арқылы есептеуге болады:

Nex (AWMS) = Σ (T) [N (T) • Nex (T) • AWMS (T)] (5)

мұндағы:
N (T) – кәсіпорындағы Т типті малдар саны;
Nex (T) – Т типті жануарлардың көңінен азоттың бөлінуі жылына кг N;
AWMS (T) – Nex (T) бөлігі, кәсіпорындағы Т типті малдар үшін қалдықтарды сақтау және пайдаланудың берілген жүйесіне сай келеді;
Т – тип, малдар категориясы.
Содан кейін жануарлардың әрбір тобы бойынша есептердің қорытындысы шығарылуы керек. Азот тотығының шығарындыларын алу үшін өндірілген азот мөлшерін 44/28 көбейту керек. Азот тотығының шығарындыларын СО2-эквивалентіне айналдыру үшін алынған өнімді 265-ке тең азот тотығының ЖЖП-ке көбейту керек [6].

Есеп
Тапсырма. Ауыл шаруашылығы жануарларының ішкі ферментация кезіндегі метанның шығарындыларын есептеңіз. Мал шаруашылығы кешенінде жылына 500 бас ұсақ мал, 900 бас ірі қара (600 сүтті, 300 сауынды емес), 5000 бройлер тауықтары өсіріледі.
Біріншіден, бройлер тауықтарының орташа жылдық санын 2 формула бойынша союға дейін 60 күн бойы өсіретінін ескере отырып есептейміз:

ААР = 60 тәулік * 5000/365 тәулік/жыл = 822 бас

Осылайша, тауықтың орташа жылдық саны 822 тауық. Сол сияқты, әрбір нақты жағдайда өмір сүру ұзақтығы бір жылдан аспайтын басқа жануарлардың санын есептеуге болады.

5-кесте. Ішектік ферментация және көң кезіндегі метанның бөлінуін есептеу

Осылайша, жалпы метан шығарындысы 50800 + 4163,44 = 54963,44 кг/жылына метан немесе жылына 54,963 тонна метан болады. СО2 эквиваленті тұрғысынан алғанда, алынған соманы метан үшін ЖЖП коэффициентіне (25) көбейткенде, бұл жылына 1374,075 тонна СО2 эквивалентіне тең болады.
Көңді сақтау және пайдалану жүйелерінен метан шығарындыларын есептеу екі кезеңде жүргізіледі (6 және 7 кестелер).

6-кесте. Көңнің құрамындағы азот тотығы эмиссиясының есебі

7-кесте. Жануарлар қалдықтарын сақтау және пайдалану жүйелерінен азот тотығының шығарындыларын есептеу

Азот оксиді шығарындыларын СО2 эквивалентіне айналдыру үшін алынған мөлшерді 265-ке көбейтеміз [6], біз 229373,4 кг СО2 эквивалентін немесе 229,373 тоннаны аламыз.
5 және 7-кестелердегі ішкі ферментация мен көңнен алынған есептеу нәтижелерін қорытындылайық. Біз осы шаруашылықтағы мал мен құстың жалпы жылдық шығарындыларын аламыз, олар 1603,345 тонна СО2 эквивалентін құрайды.

Әдебиеттер тізімі

1. Мал шаруашылығынан атмосфераға парниктік газдар шығарындыларын есептеу бойынша әдістемелік нұсқаулар: ішкі ферментация және көң.Астана 2010 ж.
2. Қазақстан Республикасының 2020 жылға арналған қоршаған ортаның жай-күйі және табиғи ресурстарды пайдалану туралы ұлттық баяндамасы.

3. Парниктік газдарды ұлттық түгендеу бойынша қайта қаралған нұсқаулықтар. КӨЖҮТ, 1996 ж.: т. 1 -3.
4. Парниктік газдарды ұлттық түгендеудегі жақсы тәжірибе бойынша нұсқаулық және белгісіздікті бағалау, КӨЖҮТ, 2000 ж.
5. Парниктік газдарды ұлттық түгендеу бойынша нұсқаулықтар, МГЭИК 2006 ж.
6. IPCC, Global Warming Potential Values. Green Gaz Protoc 2016. (Feb 16 2016).