Liepājas zinātnieki, izmantojot mākslīgo intelektu un lietu internetu, rada tehnoloģiju, kas ļaus lētāk saražot biogāzi 5
Kristīne Stepiņa, “Latvijas Avīze”, AS “Latvijas Mediji”
Liepājas Universitātes (LiepU) zinātnieki, izmantojot mākslīgo intelektu un lietu internetu, rada tehnoloģiju, kas ļaus lētāk saražot biogāzi, kā arī pēta alternatīvas izejvielas tās ieguvei, piemēram, jūras aļģes. Saruna par paveikto un iecerēto ar LiepU Dabaszinātņu un inovatīvo tehnoloģiju institūta direktoru Uldi Žaimi.
LiepU institūtā uz mākslīgā intelekta bāzes top tehnoloģija, kas optimizēs biogāzes ieguvi. Kā sokas ar tās izstrādi?
Lai rastu vietu zem saules, katra zinātniska institūcija meklē savu nišu, kurā ieguldīt maksimālo enerģiju, lai gūtu labākos rezultātus. Mūsu galvenais fokuss ir vērsts uz mākslīgo intelektu, lietu internetu un mašīnmācīšanos. Uz šiem trim vaļiem balstās visas viedās tehnoloģijas. Tās mācām studentiem, pētām un izstrādājam projektus, kas ir saistītas ar šīm jomām. Viens no šādiem projektiem ir biogāzes ražošana, kur iespējams nomērīt parametrus, kas raksturo procesa gaitu, kā arī tā izmaksas. Ja mēs izvērtējam līdzšinējo biogāzes ražošanu, redzam, ka visa optimizācija un automatizācija bija vērsta uz to, lai nodrošinātu lielāku gāzes daudzumu un lielāku metāna, proti, degošās daļas, saturu. Netika ņemtas vērā izejvielu izmaksas un tas, ka tās, tāpat kā to pieejamība, ir mainīgas. Ko darīt ar sezonālajām izejvielām, piemēram, dažādiem lauksaimniecības pārstrādes materiāliem? Ja mainās recepte, attiecīgi ir jāmaina parametri, kurus palīdz risināt mākslīgais intelekts. Mēs varam “uztrenēt” sistēmu tā, lai tā dod ne tikai lielāko biogāzes daudzumu, bet arī lielākos ienākumus, kas ne vienmēr ir viens un tas pats. Iespējams, mēs iegūsim nedaudz mazāk gāzes, bet ar lētākām izejvielām. Turklāt mēs varam receptes pieskaņot izejvielu pieejamībai. Mūsu rīcībā ir dažādi gāzu, kā arī temperatūras, spiediena, Ph līmeņa u.c. sensori. Tāpat mūsu rīcībā treniņu failu izstrādei ir datoru klasteris, kurā var veikt paralēlos aprēķinus. Vairākās LiepU studiju programmās ir kurss “Mākslīgais intelekts”. Tas tiek pielietots dažādos pētniecības projektos, ņemot vērā tehnoloģisko aprīkojumu un pieredzi konkrētajās jomās, kurās mēs to varam izmantot. Universitātē ir vairāki dažādu izmēru bioreaktori, gan 4 litru zinātniskais reaktors, gan vairāki 30 litru reaktori, kā arī 2,5 tonnu tehnoloģiskais reaktors, uz kura iespējams aprobēt dažādus tehnoloģiskos procesus lielākā apjomā. Tā kā bioloģiskajiem procesiem ļoti sarežģīta ir tieši mērogošana, nopietnos projektos ir nepieciešama verifikācija uz rūpnieciskajiem reaktoriem. Šobrīd sadarbībā ar diviem partneriem Latvijā un diviem Dānijā esam iesnieguši “Eurostars 3” projekta pieteikumu, kura gaitā tiks izstrādāts gāzu analizators, kas iegūs pilna spektra datus par visiem izplūstošajiem elementiem un gāzēm, tiks veikta datu apstrāde un vizualizācija, kā arī pieslēgts mākslīgā intelekta modulis, lai vadītu procesu.
Jūsu vadībā studenti mēģina biogāzi radīt no aļģēm, kuras traucē Liepājas pludmales atpūtniekiem un vasarās kā nederīgi atkritumi tiek sastumti kaudzēs pie Dienvidu mola. Pagaidām teju visas 40 Latvijā strādājošās biogāzes stacijas šo produktu iegūst no sadzīves un lauksaimniecības atkritumiem vai kūtsmēsliem. Cik reāla ir aļģu kā izejvielas izmantošana?
LiepU jau septiņus gadus meklē vislabāko risinājumu, kā no aļģēm iegūt biogāzi. Baltijas jūras rietumu piekrastes aļģes (Furcellaria lumbricalis) – furcelārija jeb sārtaļģes – ir gana interesants izejvielu avots. Francijā no tām iegūst ekstraktus parfimērijai un medicīnai, igauņi jau gadu desmitiem tās ir pārstrādājuši, lai iegūtu agaru – dzīvnieku izcelsmes želatīna aizvietotāju. Ir atklāti vēl arī citi šo aļģu pielietojuma veidi. LiepU pētnieki no tām ir ieguvuši biodegradējamos polilaktīdus (PLA polimērus) un celulozi. Esam pētījuši aļģu piedevas kā sastāvdaļu pie citiem produktiem, mūsu maģistrante Sintija Ozoliņa ir izstrādājusi ekoloģiskus dēstu podiņus, kuri var aizstāt kūdras podiņus. Kā zināms, ES liek samazināt kūdras patēriņu, bet Latvijā tā tiek patērēta ļoti lielos apjomos. Tīrā veidā jūras aļģes nav pats labākais materiāls, jo iegūtās biogāzes apjoms ir uz pusi mazāks nekā no līdzīgas zāles, siena vai kūtsmēslu masas. Taču jāņem vērā, ka šī ir izejviela, kuru mums jūra pienes vēl un vēl. Protams, aļģu pieejamībai ir sezonāls raksturs. LiepU pētnieki ir atklājuši vairākus enzīmus jeb fermentus, kurus ražošanas procesā var pievienot mazos daudzumos un būtiski palielināt biogāzes ieguvi. Par to ir zinātniskās publikācijas, kā arī validācija, kas to apliecina. Esam pierādījuši, ka šādi biogāzi var iegūt prognozējamā daudzumā, nav krasu svārstību, kas paver iespējas komersantiem. Ņemot vērā, ka “jūras piegādēm” ir sezonāls raksturs, tās tiek izskalotas krastā vasaras vidū un beigās, tīrā veidā no aļģēm biogāze diezin vai tiks iegūta rūpnieciskos apjomos. Sezonas laikā no viena piekrastes kilometra var iegūt 30–50 tonnas aļģu. Liepājā valdošie vēji un straumes nāk no dienvidrietumiem, un tās būtiski aiztur hidrotehniskās būves – moli, garākais no tiem – Ziemeļu mols – ir 1,8 km garumā. Tāpēc aļģes pamatā tiek izskalotas pludmalē, pilsēta ar tām cīnās katru gadu, tās tiek savāktas un ar smagajām mašīnām vestas uz poligonu “Ķīvītes” Grobiņā. Tas ir dārgi un darbietilpīgi.
Cik daudz biogāzes ir iespējams iegūt no vienas tonnas aļģu?
Aprēķini tiek veikti nevis no slapju aļģu apjoma, bet no viena grama sausnas. Pētījumi rāda, ka no viena grama fucelāriju sausnas var iegūt 250–350 ml tīra metāna, bet no tonnas neapstrādātu aļģu līdz pat 50 m3 gāzes. Biogāzes ieguvi var palielināt ar pareizu priekšapstrādi un piedevām.
Vai aļģu projekts ir nonācis izpētes beigu fāzē?
Vēl ne. Šis projekts tik ātri nebeigsies. Tā kā tiek pētīts vietējais atjaunojamais resurss un LiepU fokuss ir vērsts uz vides jomu un atjaunojamajiem energoresursiem, turpināsim pētīt aļģu pārstrādes un enerģijas ieguves iespējas. Tālāk darbs tiks virzīts, izmantojot procesu vadību un mākslīgo intelektu, kā arī pētot dažādas kompozīcijas – fermentus un piedevas. Nav liela māksla uztaisīt raķeti vai iegūt enerģiju, māksla ir to izdarīt lēti. Tāpēc mēs nepievienojam dārgas izejvielas, piemēram, piena vai gaļas pārstrādes produktus. No piena sūkalām noteikti izdevīgāk būs taisīt saldējumu. Mēs izmantojam atkritumus.
Kādus?
Piemēram, vīna un alus pārstrādes produkti ļoti veiksmīgi sadarbojas ar jūras alģēm. Var izmantot drabiņas un vīna biezumus, kas paliek pāri mazajās alus un vīna darītavās.
Vai ir kāds komersants, kurš ir ieinteresējies vai nolēmis finansiāli atbalstīt pētījumus par aļģu izmantošanu biogāzes ieguvē?
Pagaidām nav. Mēs esam pieteikušies ES finansējumam. Komersantam ir nepieciešams jau gatavs produkts vai tehnoloģija. Pamatojoties uz zinātniskām publikācijām, reti kurš uzņēmējs ieguldīs savu naudu.
Vai ražotājam būs nepieciešams īpašs aprīkojums, lai varētu ražot gāzi no aļģēm?
Nē, tie būs tādi paši reaktori, kādus šobrīd izmanto biogāzes ieguvē no citām izejvielām. Būs jānomaina tikai gāzes analizators, sensors, kas tiek pievienots pie caurules, pa kuru gāze plūst ārā. To izdarīt ir pavisam vienkārši.
Kā biogāzes ražošanā līdzdarbosies mākslīgais intelekts?
Tas būs fails, kas strādās datorā, kurā būs instalēta konkrēta programma. Dators saņems ziņas no sensoriem un dos signālus, piemēram, ieslēgties vai atslēgties sildītājam vai maisītājam, paaugstināt Ph līmeni. Šobrīd biogāzes ražošanā mākslīgais intelekts vēl netiek izmantots.
Vai šāda teholoģija būs unikāla, proti, pasaulē sobrīd nekā līdzīga vēl nav?
Tā ir mana ideja, kas radās jau pirms vairāk nekā gada. Esmu redzējis līdzīgas zinātniskās publikācijas, taču šāda tehnoloģija vēl nekur nav ieviesta. Tehnoloģija, ar kuru mākslīgā intelekta vadībā tiks iegūta biogāze no jūras aļģēm, gan būs unikāls LiepU produkts, par kuru līdz šim vēl nav bijusi neviena zinātniskā publikācija.
Vai interese par šādu aļģu pārstrādes tehnoloģiju būtu arī ārvalstu komersantiem?
Jā, jo šādas aļģes ir pieejamas visā Baltijas jūras piekrastē – Polijā, Dānijā u.c. Šī suga aug arī Atlantijas okeāna piekrastē Kanādā.
Tātad šai vēju pilsētā radītajai tehnoloģijai būs eksporta potenciāls…
Jā, būs. Jāņem vērā, ka mākslīgais intelekts ir uztrenējams mehānisms, kuram ir vienalga, vai reaktorā ir aļģes vai kāda cita biomasa. Austrumu siltajās jūrās ir daudz dažādu augu, kuriem lapas ir plaukstas platumā, bet paši – divu līdz trīs metru garumā. Tur biomasa, kuru var izmantot kā izejvielu reaktoros, ir iegūstama daudz lielākos apjomos.
Kādas izejvielas vēl var tikt izmantotas kā biomasa enerģijas iegūšanai?
Piemēram, notekūdeņu dūņas no attīrīšanas iekārtām. Tāpat visus piena un gaļas produktu pārstrādes atlikumus. Arī salmus, sūnas, meldrus, lapas un čiekurus. Taču jāņem vērā, ka komersanti strādā ar lieliem apjomiem.
Kad biogāzi varētu sākt ražot, izmantojot jūsu izstrādāto tehnoloģiju?
Kopā ar partneriem – Liepājas uzņēmumu SIA “InPass”, kas specializējas lietu internetā, biogāzes ražotāju “Agro Iecava” un diviem Dānijas uzņēmumiem – “Dansk Fundamental Metrologi” un “COPAC”, kas izgatavos gāzu analizatoru, – esam iesnieguši “Eurostars 3” projekta pieteikumu, kurā apņemamies trīs gadu laikā pabeigt darbu pie šīs tehnoloģijas.
