От мобильного пиролиза до цифрового управления: решения студентов для безотходной переработки рисовой шелухи

Студенты из Омской и Свердловской областей предложили инженерные решения, позволяющие превратить рисовую шелуху из сельскохозяйственного отхода в ценное сырье для химической промышленности. Финалисты направления «Проектный инжиниринг» XIV сезона Международного инженерного чемпионата CASE-IN, который проводится при поддержке президентской платформы «Россия – страна возможностей», разработали проекты безотходного производства полного цикла, ориентированные на выпуск продукции, востребованной нефтехимической отраслью.

Кейс, подготовленный компанией СИБУР, был посвящен комплексной переработке рисовой шелухи. Перед участниками стояла задача предложить технологию утилизации агроотходов, составляющих до 20% массы урожая риса, а также интегрировать продукты переработки в производственные цепочки компании. Основными целевыми продуктами стали левоглюкозенон (LGO) - возобновляемая платформа для синтеза биополимеров - и высокочистый аморфный диоксид кремния (SiO₂), необходимый для производства катализаторов и «зеленых» шин.

Победителем направления «Проектный инжиниринг» основного сезона CASE-IN стала команда BRAIN MAX Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. Студенты предложили отказаться от транспортировки больших объемов необработанной рисовой шелухи и перенести первичную переработку непосредственно к местам ее накопления. В основе их проекта - мобильные пиролизные установки, позволяющие проводить термическую обработку сырья на месте. После пиролиза плотность материала возрастает со 120 до 800 кг/м³, что почти в пять раз сокращает объем перевозок и существенно снижает логистические затраты.

Еще одной особенностью проекта стало производство монолитных сорбентов методом 3D-печати из получаемого биочара, что открывает возможности для создания новых материалов для систем очистки и одновременно расширяет линейку продукции предприятия. По расчетам команды, базовый сценарий проекта обеспечивает срок окупаемости около трех лет.

«Мы представили комплексное инженерное решение для глубокой переработки рисовой шелухи в продукцию высшего передела - от биочара до 3D-печатных сорбентов и высокочистого SiO₂ для катализаторов СИБУРа. Проект не ограничивается лабораторным прототипом: у нас есть технологическая карта, экономическая модель и конкретный план внедрения с последующей интеграцией в цепочку компании», - рассказала участница команды Алина Кушнир.

По словам Алины, важной частью работы стала проработка механизмов реализации технологии. «На чемпионате важно не просто предложить техническое решение, а показать, как оно будет реализовано: с четким определением сроков, ресурсов, рисков, взаимодействия участников проекта и с управляемой экономикой. Сильная идея без проектной сборки может проиграть более системному решению. Нужно уметь продавать своё решение и быть готовым ответить на любой вопрос. Наш проект разрабатывался именно для практического применения. СИБУР пришёл на чемпионат с конкретной задачей - решить проблему неэффективного использования рисовой шелухи. И наше решение уже может быть использовано для получения химических продуктов», - подчеркнула Алина Кушнир.

Сразу два призовых места заняли студенты Технического университета УГМК.

«Победы наших студентов на CASE-IN уже становятся хорошей традицией. Не первый год подряд команды университета занимают призовые места на чемпионате такого уровня. Для нас это подтверждение качества инженерной подготовки, а для предприятий - уверенность в профессионализме будущих специалистов», - отметил директор Технического университета УГМК Вячеслав Лапин.

Серебряным призером стала команда «Дети подземелья», сделавшая ставку на устойчивость технологического процесса. Студенты разработали комплексную систему управления рисками, охватывающую агроэкологические, биологические и промышленные факторы, а также предложили использовать инструменты Индустрии 4.0 для управления пиролизом. Применение генетических алгоритмов и моделей машинного обучения, включая Random Forest, позволяет в режиме реального времени корректировать параметры процесса, обеспечивая получение диоксида кремния чистотой до 99,8% и одновременно снижая расход химических реагентов на 10–15%. По расчетам команды, предложенная технология отличается высокой экономической эффективностью и может быть масштабирована для промышленного применения.

Бронзу завоевала команда MOTORCHIKI, предложившая гибкую логистическую модель производства, предусматривающую выбор между строительством предприятий полного цикла в районах образования сырья и транспортировкой пиролизата на специализированные химические производства. Такой подход позволяет адаптировать производственную схему к особенностям конкретного региона и снизить капитальные затраты.

Особое внимание авторы уделили импортозамещению. Предлагаемая технология обеспечивает выпуск отечественного высокодисперсного диоксида кремния с характеристиками, сопоставимыми с зарубежными аналогами, что открывает возможности для его применения в производстве катализаторов и другой продукции нефтехимии.

По словам заместителя проректора по научной работе и международному сотрудничеству - начальника научно-инновационного управления Кузбасского государственного технического университета имени Т. Ф. Горбачева Романа Беляевского, проекты финалистов демонстрируют разные подходы к решению одной технологической задачи.

«Победа BRAIN MAX обусловлена очевидной финансовой эффективностью и технологической новизной - использованием 3D-печати сорбентов, что соответствует требованию СИБУРа по внедрению сквозных технологий. Решение команды «Дети подземелья» обеспечило наиболее глубокую проработку вопросов безопасности и управления рисками, что критически важно для крупных промышленных производств.  Команда MOTORCHIKI продемонстрировала адаптивный подход, что является немаловажным фактором в условиях современной экономики. Общий анализ подтверждает, что переработка рисовой шелухи в высокочистый диоксид кремния и левоглюкозенон является высокорентабельным направлением с большим потенциалом импортозамещения», - отметил аналитик.

По оценке экспертов, проекты финалистов отражают общий вектор развития современной нефтехимии и промышленного инжиниринга. Использование мобильного пиролиза, цифрового управления технологическими процессами, искусственного интеллекта и гибких производственных схем позволяет одновременно сократить экологическую нагрузку, повысить эффективность переработки и расширить выпуск отечественной продукции с высокой добавленной стоимостью. Инженерные решения студентов показывают, что агроотходы могут стать ценным сырьем для современной химической промышленности, а безотходные технологии - базой для новых импортозамещающих производств.