Размещено на http://www.Allbest.Ru/

222

Министерство образования республики Беларусь

УО «Белорусский государственный экономический университет»

Кафедра экономики и управления предприятиями АПК

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Агроэкологический менеджмент

на тему:

Использование нанотехнологий в агропромышленном секторе

Выполнила: З.Н. Позднякова

Студентка ФЭМ, 4 курс, 19 РКА

Минск - 2022

Содержание

• Введение
• Направления использования нанотехнологий в сельском хозяйстве
• Заключение
• Список использованных источников


Введение

Направления использования нанотехнологий в сельском хозяйстве

Основными направлениями использования нанотехнологий и наноматериалов в сельском хозяйстве являются биотехнология, прежде всего это относится к генной инженерии, производству и переработке продукции агропромышленного комплекса, очистке воды, а также проблемам качества продукции и защиты окружающей среды.

В отличие от промышленных и автотранспортных выбросов, загрязняющих атмосферу, выбросы мобильной сельскохозяйственной техники распространяются, хотя и неравномерно, но на все обрабатываемые площади. При этом загрязняющие вещества попадают в атмосферу на высоте до 4 м от уровня почвы, что повышает их экологическую опасность.

На первом месте по количественному содержанию и степени отрицательного воздействия на человека, животный и растительный мир стоят газообразные выбросы мобильной техники. Наиболее опасны сажа, бензапирен, оксиды азота, альдегиды, оксид углерода (II) и углеводороды. Степень их воздействия на человеческий организм зависит от концентрации вредных соединений в атмосфере, состояния человека и его индивидуальных особенностей. Одно из первых мест в общем уровне токсичности занимает сажа, так как, во-первых, ее выбросы значительны (определяют повышенную дымность) и достигают по массе 1% от расхода топлива, во-вторых, она выступает в роли накопителя полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Выбросы сажи дизелем б х 15/18 в смену достигают 1,2-1,6 кг, а дизелем 6 х13/14 -до Зкг. Наличие сажи в отработавших газах (ОГ) приводит к появлению неприятных ощущений, загрязненности воздуха и ухудшению видимости. Частицы сажи высокодисперсны (диаметр - 50-180 нм, масса - не более 10~¹⁰ мг), поэтому они долго остаются в воздухе, проникают в дыхательные пути и пищевод человека.

Замена углерода элементами с более высокой удельной теплотой сгорания позволяет получать топливо с лучшими энергетическими характеристиками. Особое место занимают работы в области разработки металлического топлива, которое широко применяется в ракетных двигателях.

Выходец из бывшего Советского Союза, уехавший в США, Соломон Лабинов, предлагает концепцию нового двигателя внутреннего сгорания, работающего на твердом металлическом топливе. В этом двигателе система питания объединена с выпускной системой. Топливный бак, оснащенный специальной подвижной перегородкой, заполняется топливом на основе нанопорошка железа. Горение (окисление) топлива происходит в камерах сгорания с образованием в отработавших газах практически чистого азота, без оксидов углерода и азота, углеводородов и сажи, а сгоревшие частицы порошка улавливаются с помощью специальных фильтров или магнитов. По мере использования порошка перегородка перемещается, а в образовавшийся объем подается отработавший порошок оксидов. После израсходования всего порошка топливный бак легко снимается с автомобиля и направляется на регенерацию, где под воздействием высокой температуры оксиды разлагаются на металл и кислород. Для восстановления оксидов также можно продувать сгоревший порошок чистым водородом.

По мнению Дэвида Бича (David Beach), руководителя группы химии материалов в Национальной лаборатории Окриджа штата Теннесси (США), металлическое топливо, подобно водороду, - источник экологически чистой энергии. Однако, в отличие от водорода, металлическое топливо, например железо или алюминий, обладает более высокой удельной теплотой сгорания. Такое топливо можно хранить и транспортировать при температуре и давлении окружающей среды и эффективно использовать в двигателе без значительных затрат на водородные топливные элементы.

Коллективом лаборатории создана топливная пудра с диаметром металлических частиц около 50 нм, что обеспечивает процесс горения, аналогичный бензиновому, но с выделением почти в три раза большей энергии, чем в современном бензиновом двигателе.

Большие частицы металла не воспламеняются до тех пор, пока не будут нагреты до точки кипения металла, при которой металлический пар воспламеняется с образованием металлических оксидов. В тоже время, этот процесс приводит к очень высоким температурам сгорания, загрязнению внутренних поверхностей камеры сгорания и образованию большого количества оксидов азота. Металл в виде наночастиц сгорает значительно быстрее и полнее при более низких температурах без стадии газового горения.

Газы от металлического топлива, отработавшие в газотурбинном двигателе или двигателе Стирлинга, являются экологически чистыми: кислород берется из воздуха, а в результате получается почти чистый азот. Еще лучшим источником энергии мог бы быть бор, если бы его наночастицы можно было получать по разумной стоимости.

Главная проблема двигателя на металлическом топливе - достаточно большой вес топлива, даже с учетом его большей энергетической емкости. Объем топливного бака в 33 л, заполненный порошком железа, обеспечивает пробег автомобиля, эквивалентный 50 л солярки или бензина, но весит почти в три раза больше. При этом суммарный вес автомобиля и топлива остается неизменным, так как отработавшее металлическое топливо не выбрасывается в атмосферу.

Касаясь важнейшей проблемы защиты человека и окружающей среды, следует рассматривать не столько возможные негативные последствия, сколько положительное влияние, которое нанотехнологии могут оказать на развитие окружающей среды и здоровье человека.

Важнейшей проблемой является повышение урожайности в сельском хозяйстве. Согласно статистике, численность мирового населения в настоящее время составляет около 7,75 млрд человек, а к 2050 году достигнет 8,9 млрд, что вызовет существенное увеличение потребления продуктов питания.

Предполагается, что применение нанотехнологии позволит изменить технику возделывания земель за счет использования наносенсоров, нанопестицидов и системы децентрализованной очистки воды. Нанотехнологии сделают возможным лечение растений на генном уровне, позволят создать высокоурожайные сорта, особо стойкие к неблагоприятным экологическим условиям.

В растениеводстве применение нанопорошков, совмещенных с антибактериальными компонентами, обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и приводит к двукратному повышению урожайности многих продовольственных культур, например картофеля, зерновых, овощных и плодово-ягодных. Так, применение нанопрепаратов, в качестве микроудобрений, обеспечивает повышение устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и увеличение урожайности (в среднем в 1,5-2 раза) почти всех продовольственных (картофель, зерновые, овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур. Эффект здесь достигается благодаря более активному проникновению микроэлементов в растение за счет наноразмера частиц и их нейтрального (в электрохимическом смысле) статуса.

Ожидается также положительное влияние наномагния на ускорение (вернее сказать, на увеличение продуктивности) фотосинтеза у растений.

В свете последних открытий нанотехнологий изучена биологическая роль кремния в живых организмах и биологическая активность его различных (органических и неорганических) соединений. В частности, силатраны, являющиеся клеточным образованием и содержащие кремний, оказывают физиологическое действие на живые организмы на всех этапах эволюционного развития от микроорганизмов до человека. Применение кремнеорганических биостимуляторов в растениеводстве позволяет повысить холодостойкость, выносливость к жаре и засухе, помогает благополучно выйти из стрессовых погодных ситуаций (возвратные заморозки, резкие перепады температуры и т.д.), усиливает защитные функции растений к болезням и вредителям. Препараты снимают угнетающее, седативное действие химических реагентов по защите растений при комплексных обработках.

Нанотехнологии применяются при послеуборочной обработке подсолнечника, табака и картофеля, хранении яблок в регулируемых средах, озонировании воздуха. нанотехнология генный сельский хозяйство беларусь

В животноводстве нанодобавки находят широкое применение в приготовлении кормов, где обеспечивают повышение продуктивности животных в 1,5-3 раза, а также способствуют повышению их сопротивляемости инфекционным заболеваниям и стрессам. Наноразмер частиц кормовых добавок позволяет не только значительно снизить их расход, но и обеспечить более полное и эффективное усвоение животными.

В животноводстве и птицеводстве нанотехнологии целесообразно использовать в технологических процессах, где они дают вспомогательное превосходство. При формировании микроклимата в помещениях, где содержатся животные и птицы, их использование позволяет заменить энергоемкую приточно-вытяжную систему вентиляции электрохимической очисткой воздуха с обеспечением нормативных параметров микроклимата: температура, влажность, газовый состав, микробиообсемененность, запыленность, скорость движения воздуха, устранение запахов с сохранением тепловыделений животных.

Таблица 1

Идентификация сортовых нанопризнаков методами оптической флуоресценции и отражения

Ученые применяют на практике экологически чистую нанотехнологию электро-консервирования силосной массы зеленых кормов электро-активированным консервантом. Делается это взамен дорогостоящих органических кислот, требующих соблюдения строгих мер техники безопасности. Такая новая нанотехнология повышает сохранность кормов до 95%. Наночастицы железа и других микроэлементов включают в состав премиксов для повышения жизнестойкости животных и их продуктивности.

В животноводстве и птицеводстве при приготовлении кормов нанотехнологии обеспечивают повышение продуктивности в 1,5-3 раза, сопротивляемость стрессам, и падеж уменьшается в 2 раза. Наноустройства, которые могут имплантироваться в растения и в животных, позволяют автоматизировать многие процессы и передавать в реальном времени необходимые данные.

В молочной промышленности нанотехнологии используются для создания продуктов функционального назначения. Развивается направление насыщения пищевого сырья биоактивными компонентами (витамины в виде наночастиц). Нанотехнологии и наноматериалы (в частности, наносеребро, наномедь и другие) находят широкое применение в фильтрах и других деталях оборудования молочной промышленности для ингибирования процессов брожения и скисания молока, дезинфекции сельскохозяйственных помещений и инструментов, при упаковке и хранении молочнокислых пищевых продуктов.

В механизации на основе наноматериалов создано большое число препаратов, позволяющих сократить трение и износ деталей, что продлевает срок службы тракторов и другой сельхозтехники.

Незаменимую роль могут сыграть наноматериалы при использовании их в качестве различных катализаторов, например, катализаторов горения для различных видов топлива, в том числе, и биотоплива, или катализаторов для гидрирования растительного масла в масложировой промышленности.

Нанотехнологии внедряются также и в переработке агропродукции. Так, новая наноэлектротехнология комбинированной сушки зерна основана на том, что в нагретом зерне создается избыточное давление влаги при температуре ниже температуры кипения воды. Вследствие этого ускоряется фильтрационный перенос влаги из зерновки на поверхность в капельножидком состоянии. С поверхности влага выпаривается горячим воздухом. Расход энергии на сушку зерна по сравнению с традиционной конвективной сокращается в 1,3 раза и более, снижаются микроповреждения семян до 6%, их посевные качества улучшаются на 5%. Для низкотемпературной досушки и обеззараживания зерна дополнительно используют озон, что уменьшает количество бактерий в 24 раза и снижает в 1,5 раза энергозатраты.

Сегодня активно применяются в агропромышленном секторе ДНК-технологии, которые позволяют выявить гены, ассоциированные с хозяйственно-ценными признаками, устойчивости к стрессам, инфекционным болезням, а также гены носители рецессивных мутаций - генетических аномалий. В целом вся молекулярная биология может быть названа нанобиотехнологией. Речь идет о создании устройств с использованием биологических макромолекул в целях изучения или управления биологическими системами.

Нанобиотехнология объединяет достижения нанотехнологии и молекулярной биологии. В ней широко используется способность биомолекул к самосборке в наноструктуры. Так, например, липиды способны спонтанно объединяться и формировать жидкие кристаллы. ДНК используется не только для создания наноструктур, но и в качестве важного компонента наномеханизмов. По мнению ряда ученых, нанобиотехнологии существенно упрощают и ускоряют решение традиционных проблем генетики и селекции сельскохозяйственных растений.

Суперсовременное направление нанобиотехнологии (нанотехнологии в биологии) в растениеводстве -- это создание культурных растений, особенно устойчивых к насекомым вредителям и сорной растительности. Исследованиями в этой области занимаются ученые не только развитых, но и развивающихся стран. Например, научные лаборатории Мексики и Индии объединенными усилиями пытаются создать нетоксичный наногербицид.

Разрабатываемые технологии в сельскохозяйственном производстве позволяют:

- повысить безопасность производства и качество продукции;

- сократить затраты при выращивании растений;

- улучшить качество посевного материала;

- снизить заболеваемость и повысить устойчивость к вредителям;

- увеличить урожайность растений;

- получить экологически чистую (безопасную) продукцию.

По мнению ученых, применение нанотехнологий в сельском хозяйстве (при выращивании зерна, овощей, растений и животных) и на пищевых производствах (при переработке и упаковке) приведет к рождению совершенно нового класса пищевых продуктов - «нанопродуктов», которые со временем вытеснят с рынка генномодифицированные продукты.

Общепринятой научной терминологии, продукт может называться «нанопродуктом», если при его выращивании, производстве, переработке или упаковке использовались наночастицы, нанотехнологические разработки и инструменты. Разработчики нанопродуктов обещают более совершенный процесс производства и упаковки продуктов питания, их улучшенный вкус и новые питательные свойства, ожидается также производство «функциональных» продуктов (продукт будет содержать лекарственные или дополнительные питательные вещества).

С нанопродуктами связывают увеличение производительности и уменьшение цен на пищевые продукты. Уже через пару десятков лет использование нанопродуктов будет повсеместным.

Огромное значение имеет применение нанотехнологии для очистки и дезинфекции воды. Внедрение мембранных систем очистки, а также специальных биоцидных покрытий и материалов на основе серебра способствует упрощению и повышению качества содержания сельскохозяйственных животных, обеспечению их качественной питьевой водой.

Не менее актуальна проблема обеспечения человечества достаточным количеством питьевой воды. Запасы пресной воды, пригодной для использования, составляют всего 3%, из которых только 1% потребляется населением Земли. В настоящий момент 1,1 млрд человек не имеют возможности использовать чистую пресную воду. Принимая во внимание текущие объемы потребления воды, рост населения и развитие промышленности, к 2050 году две трети населения Земли будут испытывать недостаток в пригодной для употребления пресной воде.

Следует ожидать, что нанотехнологии позволят найти решение этой проблемы за счет использования, в том числе, недорогой децентрализованной системы очистки и опреснения воды, систем отделения загрязняющих веществ на молекулярном уровне и систем фильтрации нового поколения. На сегодняшний день наноматериалы и нанотехнологии находят применение практически во всех областях сельского хозяйства: растениеводстве, животноводстве, птицеводстве, рыбоводстве, ветеринарии, перерабатывающей промышленности, производстве сельхозтехники и т.д.

Заключение

В заключении необходимо подчеркнуть, что развитие науки о нанотехнологиях может уже в недалёкой перспективе привести к заметному развитию базовых отраслей экономики: машиностроения, электроники и оптоэлектроники, информатики, средств связи, энергетики (в том числе и атомной), сельского хозяйства, здравоохранения, экологии и др. Успех в развитии этих направлений будет определятся, по сути, решением двух основных проблем: разработка надёжных способов создания наноматериалов и нанообъектов с требуемыми свойствами и разработка новых развитие существующих методов диагностики с атомным разрешением. На очереди создание эффективных технологических процессов, обеспечивающих получение материалов м нанокристаллической структурой в промышленных масштабах. Безусловно, эти проблемы не могут быть полностью решены без обучения и привлечения высококвалифицированных кадров.

Хотя в макроэкономике имеются некоторые сбои, сектор нанотехнологии продолжает свой подъем. В ближайшие пять лет ожидается рост рынка нанотехнологий до 3 триллионов долларов. Продукция нанотехнологий применяется во всех отраслях пищевой и фармацевтической промышленности, в том числе: лекарственные препараты, медицинские приборы, косметика, пищевые добавки и продукты питания.

Но, несмотря на быструю коммерциализацию, нигде в мире не существует специальных правил, регламентирующих применение наноматериалов. Большинство регулирующих государственных органов остается если не в неведении, то в лучшем случае в режиме сбора информации при полном отсутствии правовых и научных инструментов, а также специалистов и ресурсов, требуемых для надлежащего контроля над экспоненциальным ростом нанотехнологий.

Список использованных источников

1. Альтман Ю. Военные нанотехнологии / Ю. Альтман. - М.: Техносфера, 2006. - 416 с.2. Балабанов В.И. Нанопрепараты для повышения ресурса автомобилей / В.И. Балабанов, В.К. Филиппов//Новые и подержанные автомобили. - 2006. - №15. - С. 18-20.3. Бинниг Г. Сканирующая туннельная микроскопия - отрождения к юности: нобелевские лекции по физике/Г. Бинниг, Г. Рорер // УФН. - 1996. - Т. 154 (1988), вып. 2. - С. 261.

4. Бородин И.Ф. Нанотехнологии в сельском хозяйстве / И.Ф. Бородин // Механизация и электрификация сельского хозяйства - 2005. - №10. - С. 2-5.

5. Гамов Г.А. Теория вылета альфа-частиц из ядра/ Г.А. Гамов.-М., 1928.6. Календин В.В. Нанометрия: проблемы и решения / В.В. Календин//Автометрия. - 2004. - Т. 40, №2. - С. 20-36.

7. Карагусов В.И. Нанокриогенные технологии / В.И. Карагусов // Микросистемная техника. - 2004. - №10. - С. 15-23.

8. Кластеры, структуры и материалы наноразмера: иннои технические перспективы / М.А. Меретуков (и др.). - М.: Руда и металлы, 2005. - 128 с.

9. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию / Н. Кобаясй, пер. с япон. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005. - 134 с.

10. Ковальчук М.В. Органические наноматериалы, наноструктуры и нанодиагностика / М.В. Ковальчук // Вестник РАН. - 2003. - Т. 73, №5. - С. 405-412.

11. Котенев В.А. Методы мультиплексной спектроскопии исследовании многослойных наноструктур / В.А. Котенев // Микроэлектроника. - 2004. - Т. 33, №6. - С. 433-444.

12. Красипькова М.В. О механизме образования фуллерецов и углеродных нанотрубок / М.В. Красинькова, А.П. Паурт / Письма в ЖТФ. - 2005. - Т. 31, вып. 8. - С. 6-11.

13. Лашыпов З.З. Фуллерены и углеродные нанокластеры / З.З. Латыпов, Л.Н. Галль // Науч. приборостроение. - 2005.-Т. 15, №2.-С. 82-87.

14. Левина В.В. Наноразмерные материалы и возможности их использования / В.В. Левина//Приборы. - 2005. - №7 (61). - С. 30-35.

15. Лисовенко Д.С. От графита (стержней, пластин, оболочек) к углеродным нанотрубкам. Упругие свойства / Д.С. Лисовенко, В.А. Городцов. - М., 2004. - 67 с.

16. Лозовик Ю.Е. Образование и рост углеродных наноструктур - фуллеренов, наночастиц, нанотрубок и конусов / Ю.Е. Лозовик, А.М. Попов// УФН. - 1997. - Т. 167, №7. - С. 751-774.

17. Лускинович П.Н. Нанотехнологии XXI века: аналитический обзор / П.Н. Лускинович, П.В. Иванов, И.В. Волкова. - М.: ВНТИЦ, 2001.-20 с.

18. Лучинин В.В. Введение в индустрию наносистем / В.В. Лучинин//Нано- и микросистемная техника. - 2005. - №5.-С. 2-8.

Размещено на Allbest.Ru