Согласно прогнозным данным, экспорт российского трубопроводного газа в этом году может снизиться в 1,5 раза, до 80 млрд м3, поэтому все актуальнее становятся поиски новых способов использования и переработки газа внутри страны. Учитывая усилия государства по развитию агропромышленного комплекса, планируется повышение экономической привлекательности производств, нацеленных на покрытие потребностей животноводства, например, процессов получения метионина и белковых концентратов из газового сырья [1–3]. Одними из основных факторов, стимулирующих развитие производств белкового концентрата при нынешней стоимости газа в России, являются относительно невысокие расходные коэффициенты, которые находятся в диапазоне 3–4 тыс. м3 природного газа и до 3,5 тыс. м3 кислорода на т продукта. [4]
Белок является необходимым компонентом кормов агропромышленного комплекса, и при затратах около 50–60 % себестоимости животноводческой продукции и при его недостатке в корме необходимо увеличивать общее количество в полтора раза. В последние годы в России более 70 % белково-витаминных добавок, в состав которых входят необходимые белки (жмых, шрот, клетки крови, сыворотка), аминокислоты, витамины и минералы, производятся в России. Этому способствует не только устойчивый спрос, но и частичная либерализация норм, также в 2021 году были введены экспортные пошлины на соевые бобы для избежания дефицита сырья при производстве кормов, что оказало влияние на стабилизацию сырьевых цен.
Тем не менее, по оценкам BusinesStat [5], производство кормовых белков в период 2017–2021 гг. снизилось на 12 % до 129 тыс. т, наибольшее сокращение пришлось на 2020 г., что объясняется значительной долей экспорта (от 44 до 71 % производства) и сокращением поставок Турцией с 2017 по 2021 год на 93 %. Несмотря на частичную переориентацию экспорта, до 50 % кормовых белков в 2021 г. приходилось на поставки в страны ЕС. По результатам в 2023 году ожидается сокращение экспорта.
Следует отметить, что используемый в животноводстве кормовой белок может иметь животное, растительное и микробиологическое происхождение, и гаприн относится к микробиологическим белкам, которые наравне с животными лучше усваиваются по сравнению с растительными. Такой концентрат получают путем переработки природного газа метанотрофными бактериями рода Methylomonas, Methylococcus, Methylocystts, Methulosinus, Methylobacter [6]. Гаприн был одобрен для кормления животных в ЕС в июле 1995 года, в России многие профильные институты в своих исследованиях также подтверждают его безвредность и нетоксичность.
Важной частью белково-витаминных концентратов являются витамины и аминокислоты, а учитывая существенные сложности с их импортом, производство в стране кормового белка, изначально обогащенного ими, становится весьма востребованным, что и предопределяет актуальность производства белковых концентратов микробиологическими методами, в том числе и из природного газа как источника углерода, так как продукты жизнедеятельности бактерий (белковая масса) уже обогащены ценными соединениями.
Технология получения гаприна не является новой. Исследования его полезных свойств начались еще в60-х гг. в СССР, США, Британии и ГДР, а с 1985 по 1994 годы в СССР и России на основе изысканий ГосНИИсинтезбелок было построено и работало производство по производству гаприна из природного газа на Светло-Ярском заводе в Волгоградской области, при этом суммарное производство гаприна превысило 40 тыс. т, большая часть продукта экспортировалась. К сожалению, производство было остановлено из-за высоких затрат на электроэнергию на стадии ферментации в биореакторе, в первую очередь из-за низкой абсорбции кислорода водой, а также высокой доли конверсии природного газа в побочный продукт – углекислый газ.
Тем не менее датской компании UniBio удалось организовать производство продукта с содержанием белка выше 70 %, который представляет собой сыпучие красно-коричневые гранулы и по сравнению с производством биомассы на основе нефтяных парафинов продукт является экологически чистым, так как в качестве источника углерода и энергии выступает только природный газ, не содержащий ароматических углеводородов. Конкурентным преимуществом UniBio считается запатентованная технология U-Loop (ферментер в виде U-образной петли), так как в традиционных ферментерах возникают проблемы с интенсификацией массообмена на границе жидкость-газ и сложности с поддержанием температурного режима. Uniprotein производится в процессе непрерывной ферментации, а ферментер с U-образным контуром обеспечивает значительную абсорбцию газов с низкими разностями температур по аппарату (рисунок 1). В технологическом процессе метан используется в качестве источника углерода и энергии, кислород воздуха – для жизнедеятельности бактерий, а аммиак – в качестве источника азота. Также требуются вода, фосфат и микроэлементы, включая магний, кальций, калий, железо, медь, цинк, марганец, никель, кобальт и молибден, а едкий натр и серная кислота используются для регулирования рН. По технологии U-Loop российский завод Protelux в Ленинградской области с запланированной мощностью 6 тыс. т/год начал выпускать с декабря 2018 г. белок под маркой Uniprotein, а в 2022 году компания сообщила о планах построить завод по производству белкового концентрата в Катаре [7]. Президент Союза комбикормщиков В. Афанасьев отмечал, что белок близок по своему составу к рыбной муке (это мнение разделяют не все специалисты), дефицит которой составляет до 1 млн т [8].
Следует отметить, что успехов добилась не только UniBio: в 2016 году американская компания Calysta запустила демонстрационный завод FeedKind в Англии, а к 2023 году их ферментационный белок получил общепризнанный безопасный статус для кормления лососевых на территории США. Тем не менее в США биопротеин пока не признан безопасным в качестве корма для животных, в отличие от стран ЕС. В 2022 году компания совместно с китайским производителем кормов Adisseo открыла завод в Китае по производству ферментационного белка для кормления рыб производительностью 20 тыс. т для азиатского рынка, также Calysta сообщила о своих планах начать производство в Саудовской Аравии [10, 11].
В 2021 году заработала опытно-промышленная установка в Москве от компании «Биопрактика», учрежденной «Иннопрактикой» и «Дукс», на которой используется петлевой ферментер (рисунок 2) [12]. Такая конструкция позволяет вдвое уменьшать падение давления благодаря новым перемешивающим устройствам, что экономит электроэнергию на самой затратной стадии процесса за счет дополнительной интенсификации массообмена и повышения концентрации растворенного в воде кислорода.
В 2024 году «Иннопрактика» и «Уралхим» планируют запустить в Кировской области производство гаприна мощностью 15–50 тыс. т в год. Предполагается, что биопротеин будет стоит около 1000 долл. за тонну, что будет значительно дешевле рыбной муки, цена которой составляет 1700 долл. за тонну [13].
На перспективы применения концентратов влияет не только стоимость за кормовую единицу, но и аминокислотный состав, так как нарушение сбалансированности аминокислотного состава в корме животных может привести к изменению их доступности для использования организма. В таблице 1 приведены типовые содержания аминокислот мясокостной и рыбной муки по сравнению с гаприном, производимым компанией «Биопрактика» [4, 12]. Видно, что ферментативный белок имеет схожий с рыбной мукой аминокислотный состав, но при этом имеет большее содержание сырого протеина, поэтому если производителям действительно удастся значительно снизить цену на биопротеин, то он может вноситься в корма вместе с животными белками.
Важным параметром является питательность корма, выражаемая в кормовых единицах, при этом под общей энергетической питательностью корма рассчитывают содержание всех доставляемых органических веществ или энергии и за одну кормовую единицу (к. ед.) принимают 1 кг овса среднего качества, из которого в организме крупного рогатого скота при откорме предполагается получение 150 г жира. Учитывая, что в 1 кг гаприна содержится около 1,2 кормовых единиц, в 1 кг рыбной муки – 1,0–1,4, в 1 кг мясокостной муки – 0,8, а в 1 кг соевого шпрота – 1,2, то микробиологический белок не уступает существующим аналогам по энергетическим характеристикам [14].
Таким образом, можно сделать вывод, что гаприн является продуктом с большим количеством аминокислот, витаминов и микроэлементов и способен дополнять животный белок в комбикормах, при этом безопасность его применения подтверждается современными исследованиями. Белок успешно используется в составе кормов для животных и рыб в ЕС и продолжает набирать популярность по всему миру, в том числе и в России. В стране уже существуют проекты по производству гаприна. Развитие производств белковых концентратов позволит не только повысить потребление природного газа внутри страны, но и снизить зависимость от аминокислот как обязательных добавок в корма для животных а также будет способствовать снижению себестоимости продукции животноводства, поэтому предлагается размещать производства мощностью до 50 тыс. т в год в разных регионах страны, в том числе на базе небольших или удаленных месторождений, где добыча газа без использования его на месте может быть малорентабельной.
Литература
1. Козлов А.М., Карпов А.Б., Кондратенко А.Д., Кошелева Ю.Г. Производство метионина как эффективный способ переработки сероводорода // Деловой журнал Neftegaz.ru. – 2019. – № 4. – С. 60–62.
2. Kozlov A.M., Karpov A.B., Kondratenko A.D., Kosheleva Yu. G. Methionine production as an efficient way to process hydrogen sulfide // Neftegaz.ru. – 2019. – № 4S. – С. 50–52.
3. Гаприн – одна из точек соприкосновения интересов Ирана и РФ // Деловой журнал Neftegaz.ru. – 2021. – № 1. – С. 46–51.
4. Винаров А.Ю. Перспективная база отечественных белковых кормов, получаемых при биосинтезе на природном газе // Эффективное животноводство. – 2018. – № 4. – С. 80–81.
5. Анализ рынка кормового белка в России в 2017–2021 гг., прогноз на 2022–2026 гг. – URL: https://businesstat.ru/images/demo/feed_protein_russia_demo_businesstat.pdf (дата обращения: 13.05.2023).
6. Троицкая Е.В., Артамонов И.В. Пути получения кормового белка методами биотехнологии //Агрозоотехника. – 2021. – Т. 4. – № 1. – С. 1–14.
7. Протеин. UniBio [Электронный ресурс]. – URL: https://www.unibio.dk/end-product/protein/ (дата обращения: 10.04.2023).
8. Protelux увеличит производство биопротеина из газа [Электронный ресурс]. – URL: https://www.agroinvestor.ru/companies/news/35799-protelux-uvelichit-proizvodstvo-bio-proteina-iz-gaz... (дата обращения: 23.03.2023).
9. Протеин [Электронный ресурс]. – URL: https://www.unibio.dk/technology/introduction/ (дата обращения: 30.03.2023).
10. DairyReporter. Новости от 27.02.2023 [Электронный ресурс]. – URL: https://www.dairyreporter.com/Article/2023/02/27/snippets-dsm-flags-renewal-of-vit-a-production-evon... (дата обращения: 12.04.2023).
11. SeafoodSource Об открытии завода в Китае [Электронный ресурс]. – URL: https://www.seafoodsource.com/news/premium/processing-equipment/calysseos-feedkind-feed-plant-opens-... (дата обращения: 12.04.2023).
12. Официальный сайт Biopraktika [Электронный ресурс] https://biopraktika.ru/bioreactor.
13. Запуск производства биопротеина [Электронный ресурс]. – URL: https://www.agroinvestor.ru/companies/news/39128-innopraktika-i-uralkhim-zapustyat-proizvodstvo-biop... (дата обращения: 11.04.2023).
14. Питательность корма [Электронный ресурс]. – URL: https://www.furazh.ru/dictoth/?data=18453 (дата обращения: 12.04.2023).
