Стратегический технологический проект №3 «Продовольственная и биобезопасность через создание искусственных биологических экосистем»
5. Стратегическое технологическое лидерство университета
5.4.3.1. Цель и задачи реализации стратегического технологического проекта
Цель проекта – формирование биологических экосистем, включающих агропромышленные комплексы нового поколения, которые обеспечат производство продовольствия, биотехнологические решения для защиты растений, а также системы переработки отходов через интеграцию биотехнологий, цифровых решений и принципов циркулярной биоэкономики.
В рамках проекта будет разработана интегрированная экосистемная платформа, объединяющая передовые научные достижения в области агробиотехнологий, цифрового мониторинга и автоматизированных систем управления. Ключевым направлением является ускорение перехода от фундаментальных исследований к технологическим инновациям с высоким коммерческим потенциалом. Разработанные технологии будут адаптированы как для полузамкнутых (вертикальные фермы, промышленные теплицы), так и для открытых (устойчивые агроэкосистемы) систем сельского хозяйства.
Задачи проекта:
Оценка прогресса и эффективности реализации проекта:
Качественные показатели:
5.4.3.2. Описание стратегического технологического проекта
Реализация проекта требует комплексного подхода, включающего следующие области науки и инженерии:
Проект направлен на укрепление партнёрства между университетом и индустриальными, академическими и государственными структурами. В рамках проекта реализуются совместные инициативы с промышленными предприятиями – компании «ФосАгро», ООО «Агро-Актив», АО «Щелково-Агрохим», технологическая инженерная компания ООО «СИАМС»; академическими и исследовательскими учреждениями – Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича» (ИБМХ), Всероссийский институт защиты растений (ВИЗР), Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева, Бурятская государственная сельскохозяйственная академия; международными партнёрами – Федеральный университет Северного Токантинса (Бразилия).
Форматы сотрудничества включают совместные исследования, разработку и тестирование новых агротехнологий, механизмы трансфера технологий, создание специализированных исследовательских лабораторий и испытательных полигонов, проведение научных семинаров и конференций, обмен специалистами и стажировки для магистрантов и аспирантов.
Реализация образовательных программ и инициатив:
Проект предусматривает развитие образовательных программ на всех уровнях высшего образования и дополнительного профессионального образования:
Продовольственная безопасность находится под угрозой из-за климатических изменений, деградации почв, зависимости от импортных агротехнологий, недостаточной цифровизации сельского хозяйства и ограниченной инфраструктуры. Эти факторы снижают урожайность, ухудшают качество почв, увеличивают потери продовольствия и ограничивают доступность качественных продуктов. Для решения этих проблем проект направлен на разработку биотехнологических решений с помощью искусственных биологических экосистем, которые обеспечат устойчивое производство продовольствия, снижение экологической нагрузки и эффективное управление сельскохозяйственными ресурсами через интеграцию биотехнологий, цифрового мониторинга и методов циркулярной биоэкономики.
Недостаточная цифровизация и автоматизация управления агроэкосистемами: сельскохозяйственное производство требует внедрения интеллектуальных цифровых решений для мониторинга агросистем, прогнозирования урожайности, контроля фитосанитарного состояния и автоматизированного управления ресурсами.
Отсутствие комплексного подхода к использованию сельскохозяйственных отходов: превалирующая часть органических отходов не перерабатывается, что усиливает загрязнение окружающей среды в процессе их естественного разложения. Необходимы замкнутые циклы утилизации отходов с получением биоудобрений, биогаза и альтернативных источников белка
Описание предлагаемых решений:
Внедрение новых агробиотехнологических решений через создание искусственных биологических экосистем, сочетающих биотехнологические, цифровые и экологически устойчивые решения. Разработка инновационных биопрепаратов (биопестицидов, биостимуляторов, биофунгицидов), повышение устойчивости растений к стрессам, внедрение микробиологических консорциумов для повышения плодородия почв. Развитие цифрового сельского хозяйства. Создание интеллектуальных платформ мониторинга состояния растений, внедрение программно-аппаратных комплексов (ПАК) для автоматизированного контроля агроэкосистем, применение ИИ и машинного обучения для анализа агроданных. Циркулярная биоэкономика и переработка отходов. Создание систем переработки сельскохозяйственных отходов, производство биоудобрений, биогаза, биоугля, альтернативных белковых источников. Образовательная и научная интеграция, через развитие образовательных программ по агробиотехнологиям, цифровому земледелию и биоинженерии, вовлечение молодых учёных и студентов в исследования, укрепление международного сотрудничества в сфере продовольственной безопасности.
5.4.3.3. Ключевые результаты стратегического технологического проекта
Ключевые результаты стратегического технологического проекта до 2036 года
Научно-технологические результаты:
5.4.3.4. Портфель планируемых к реализации проектов и их результат
1. Проект «Разработка технологий замкнутого цикла переработки отходов для развития биоэкономики и устойчивого сельского хозяйства»
Проект предлагает разработку комплексного подхода к переработке органических отходов с использованием технологий замкнутого цикла, который позволит максимально эффективно использовать все получаемые продукты. В рамках этого подхода будет внедрена технология пиролиза, которая обеспечит переработку органических отходов в высококачественные биопродукты. Твердые продукты будут использоваться для повышения стрессоустойчивости и урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, использование биоугля позволит снизить потребность в химических пестицидах, так как он повышает устойчивость растений к вредителям и болезням. Пиролизные газы будут использоваться для обеспечения энергетических потребностей самой технологии, что позволит значительно снизить затраты на переработку и сделать процесс более экономически эффективным. Предложенное решение не только позволит эффективно утилизировать органические отходы, но и создаст новые возможности для производства высококачественных биопродуктов, способствуя развитию биоэкономики и улучшению состояния окружающей среды.
Стадия проекта: лабораторное исследование
Оценка уровня готовности технологии (УГТ):
УГТ3. Даны аналитические и экспериментальные подтверждения по важнейшим функциональным возможностям и/или характеристикам выбранной концепции. Проведено расчетное и/или экспериментальное (лабораторное) обоснование эффективности технологий, продемонстрирована работоспособность концепции новой технологии в экспериментальной работе на мелкомасштабных моделях устройств. На этом этапе в проектах также предусматривается отбор работ для дальнейшей разработки технологий. Критерием отбора выступает демонстрация работы технологии на мелкомасштабных моделях или с применением расчетных моделей, учитывающих ключевые особенности разрабатываемой технологии, или эффективность использования интегрированного комплекса новых технологий в решении прикладных задач на базе более детальной проработки концепции на уровне экспериментальных разработок по ключевым направлениям, детальных комплексных расчетных исследований и моделирования.
Проведены лабораторные (вегетационные) исследования с оценкой эффективности применения биоуглей для повышения стрессоустойчивости почв в условиях засухи. Изготовлен макетный образец газогенератора, работающего на органических отходах.
Решаемая проблема:
Современные методы переработки органических отходов сталкиваются с рядом серьезных проблем, значительная их часть не перерабатывается должным образом и попадает на свалки или сжигается, что приводит к выбросам парниковых газов и загрязнению окружающей среды. Существующие технологии (например, сжигание или компостирование) зачастую не учитывают полный потенциал органических отходов, что приводит к значительным потерям ресурсов и неэффективному использованию вторичных продуктов. Отсутствие интегрированных технологий замкнутого цикла переработки органических отходов затрудняет оптимизацию процессов и повышает затраты на переработку, что ограничивает возможности для создания новых рабочих мест в сфере биоэкономики и устойчивого сельского хозяйства. С точки зрения безопасности растений традиционные удобрения и пестициды, используемые в сельском хозяйстве, могут негативно влиять на экосистему и здоровье растений.
Предлагаемое решение:
Технология термической переработки органических отходов с использованием замкнутого цикла в высококачественные биопродукты, способствующая улучшению экосистемы и устойчивому развитию сельского хозяйства. Разработка математической модели для прогнозирования процесса переработки с целью его оптимизации. Внедрение способствует созданию эффективных и устойчивых технологий замкнутого цикла переработки органических отходов, которые могут быть интегрированы на промышленных предприятиях.
Описание результата:
Предлагаемая технология переработки позволит адаптировать процесс в зависимости от вида органических отходов. Математическая модель обеспечит оптимизацию процесса и позволит разработать рекомендации по выбору наиболее эффективных видов биомассы с точки зрения производства ценных продуктов. Технология обладает потенциалом масштабирования и может быть успешно внедрена на промышленных предприятиях, что позволит увеличить объем переработки органических отходов и повысить эффективность производственных процессов. В свою очередь, это приведет к сокращению объемов отходов и улучшению экологической ситуации. Использование биоугля способствует увеличению урожайности и повышению стрессоустойчивости сельскохозяйственных культур в условиях климатических изменений. Биоуголь будет выполнять функцию среды обитания для полезных микроорганизмов, что обеспечит быстрое усвоение растениями питательных веществ. Это позволит снизить риск заболеваний и уменьшить потребность в использовании синтетических удобрений.
Дата начала и дата окончания проекта: 01.01.2024 — 01.10.2035
Код ГРНТИ: 44.09.35 Вторичные энергоресурсы
Критическая технология: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
Связь с Приоритетами СНТР: г) Переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания
Связь с Большими вызовы СНТР: д) Потребность в обеспечении продовольственной безопасности и продовольственной независимости России, конкурентоспособности отечественной сельскохозяйственной продукции на мировых рынках продовольствия, снижение технологических рисков в агропромышленном комплексе на фоне глобального продовольственного кризиса
Приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ: Рациональное природопользование.
Связь с мероприятиями НПТЛ: Средства производства и автоматизации; Биоэкономика; Технологическое обеспечение продовольственной безопасности.
2. Проект «Модульный агробиотехкомплекс»
Представляет собой прототип специализированного комплекса для выращивания растений в условиях управляемого микроклимата. Он позволяет проводить научные исследования, тестировать новые агротехнологии, изучать рост и развитие растений, а также разрабатывать устойчивые решения для сельского хозяйства. Комплекс состоит из модулей выращивания растений (ягодный, овощной, салатно-зеленый), и технических модулей с системами автоматического управления микроклиматом и полива.
Стадия проекта: Пилотное внедрение
Оценка уровня готовности технологии (УГТ):
УГТ5. Компоненты и/или макеты подсистем верифицированы в условиях, близких к реальным. Основные технологические компоненты интегрированы с подходящими другими ("поддерживающими") элементами, и технология испытана в моделируемых условиях. Достигнут уровень промежуточных/полных масштабов разрабатываемых систем, которые могут быть исследованы на стендовом оборудовании и в условиях, приближенных к натурным условиям. Испытывают не прототипы, а только детализированные макеты разрабатываемых устройств.
Разработаны 3 модуля, которые функционирует в контролируемых условиях, проводится тестирование эффективности.
Решаемая проблема:
Современные города сталкиваются с проблемами продовольственной безопасности, нехватки сельскохозяйственных площадей и высокой зависимости от внешних поставок свежих овощей и зелени. Климатические условия и сезонность производства ограничивают доступность продукции, что делает цены нестабильными. Ограниченность пространства в урбанизированных районах требует новых подходов к выращиванию растений. Вертикальные фермы позволяют эффективно использовать доступные площади, обеспечивая круглогодичное производство. Использование гидропоники, аэропоники и аквапоники снижает потребление воды и удобрений, делая сельское хозяйство более устойчивым. Высокие затраты на транспортировку и хранение свежих продуктов приводят к потерям качества и увеличению цен. Локальные модульные фермы сокращают логистические издержки, обеспечивая потребителей свежей продукцией вблизи мест потребления. Автоматизация процессов снижает зависимость от ручного труда и повышает эффективность выращивания. Интеллектуальные системы контроля микроклимата и мониторинга растений улучшают управление ресурсами, предотвращая потери урожая.
Предлагаемое решение:
Модульный агробиотехкомплекс представляет собой автоматизированную систему для выращивания растений в контролируемой среде. Он состоит из отдельных модулей, каждый из которых предназначен для определенного типа культур (ягодные, овощные, листовые). Управление осуществляется системой, контролирующей микроклимат, освещение, подачу питательных веществ и уровень CO₂. Ценностное предложение: Проект предлагает передовое решение для сельского хозяйства, обеспечивая:
Автоматизированная система, обеспечивающая повышение урожайности, использование экологически чистых технологий исключает применение пестицидов, делая производство устойчивым и безопасным. Гибкая модульная архитектура комплекса позволяет адаптировать его под различные культуры, исследовательские задачи и коммерческое применение. Цифровая платформа с аналитикой данных и прогнозированием фитопатогенов повышает эффективность управления агропроцессами. комплекс снижает затраты, и повышает продовольственную безопасность, делая сельское хозяйство независимым от климатических условий и нестабильных логистических цепочек.
Дата начала и дата окончания проекта: 01.04.2021 — 01.12.2032
Код ГРНТИ: 68.85.85 Автоматизация и электронизация сельского хозяйства
Дополнительный код ГРНТИ: 68.75.21 Управление, планирование и прогнозирование в сельскохозяйственном производстве
Дополнительный код ГРНТИ 2: 68.75.21 Управление, планирование и прогнозирование в сельскохозяйственном производстве
Критическия технология: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
Связь с Приоритетами СНТР: г) Переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания
Связь с Большими вызовы СНТР: 15г) Продовольственная безопасность
Приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ: Рациональное природопользование
Связь с мероприятиями НПТЛ: Средства производства и автоматизации; Технологическое обеспечение продовольственной безопасности.
3. Проект «Роботизированный программно-аппаратный комплекс фитосанитарного мониторинга»
Проект представляет собой разработку программно-аппаратного комплекса для мониторинга состояния растений в тепличных условиях. Система включает модули сбора, анализа данных и поддержки принятия решений, основанные на технологиях компьютерного зрения и машинного обучения. Она формирует фитосанитарные карты, анализирует риски потерь урожайности и рекомендует оптимальные меры защиты растений.
Стадия проекта: Пилотное внедрение
Оценка уровня готовности технологии (УГТ):
УГТ5. Компоненты и/или макеты подсистем верифицированы в условиях, близких к реальным. Основные технологические компоненты интегрированы с подходящими другими ("поддерживающими") элементами, и технология испытана в моделируемых условиях. Достигнут уровень промежуточных/полных масштабов разрабатываемых систем, которые могут быть исследованы на стендовом оборудовании и в условиях, приближенных к натурным условиям. Испытывают не прототипы, а только детализированные макеты разрабатываемых устройств.
Технология продемонстрирована в условиях, приближенных к реальным
Решаемая проблема:
Современные тепличные хозяйства сталкиваются с проблемой позднего выявления заболеваний растений, что приводит к снижению урожайности и увеличению затрат на защитные меры. Традиционные методы мониторинга, основанные на визуальном осмотре, трудозатратны и подвержены человеческому фактору. Отсутствие автоматизированных решений затрудняет анализ фитосанитарной обстановки и прогнозирование распространения фитопатогенов. Используемые системы защиты часто работают без учета реальной потребности, что приводит к избыточному расходу препаратов или недостаточной обработке очагов заражения. Кроме того, разрозненность цифровых решений в сельском хозяйстве усложняет интеграцию мониторинговых данных в единую систему управления.
Предлагаемое решение:
Система представляет собой цифровую платформу для автоматизированного мониторинга состояния растений. Основное преимущество системы – комплексная цифровизация фитосанитарного контроля с возможностью как ручного, так и автоматического сбора данных, их анализа и формирования фитосанитарной карты. В основе технологии лежат методы компьютерного зрения, машинного обучения и анализа данных, позволяющие выявлять фитопатогены на ранних стадиях и предлагать оптимальные решения для защиты растений.
Описание результата:
Усовершенствование моделей компьютерного зрения до точности 85–90% в выявлении фитопатогенов. Автоматизация сбора данных для мониторинга растений в реальном времени. Создание динамической фитосанитарной карты с прогнозированием очагов заболеваний и рекомендациями по защите. Интеллектуальная система поддержки принятия решений, адаптирующая рекомендации под специфику хозяйства и текущий сезон. Снижение трудозатрат на фитосанитарный мониторинг до 50% за счет цифровизации и автоматического анализа данных. Сокращение потерь урожая до 30% благодаря раннему обнаружению заболеваний и оптимизированным стратегиям защиты. Прогнозирование распространения фитопатогенов с точностью 85%, что снижает вероятность эпидемий. Экономия на средствах защиты растений до 30% за счет точечного применения биопрепаратов и пестицидов.
Дата начала и дата окончания проекта: 01.04.2021 — 01.12.2032
Код ГРНТИ: 68.85.85 Автоматизация и электронизация сельского хозяйства
Дополнительный код ГРНТИ: 68.75.21 Управление, планирование и прогнозирование в сельскохозяйственном производстве
Критическая технология: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
Связь с Приоритетами СНТР: 20а) Цифровые технологии, искусственный интеллект, новые материалы
Связь с Большими вызовы СНТР: 15г) Продовольственная безопасность
Приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ: Рациональное природопользование
Связь с мероприятиями НПТЛ: 7) Средства производства и автоматизации; 8) Технологическое обеспечение продовольственной безопасности
5.4.3.1. Цель и задачи реализации стратегического технологического проекта
Цель проекта – формирование биологических экосистем, включающих агропромышленные комплексы нового поколения, которые обеспечат производство продовольствия, биотехнологические решения для защиты растений, а также системы переработки отходов через интеграцию биотехнологий, цифровых решений и принципов циркулярной биоэкономики.
В рамках проекта будет разработана интегрированная экосистемная платформа, объединяющая передовые научные достижения в области агробиотехнологий, цифрового мониторинга и автоматизированных систем управления. Ключевым направлением является ускорение перехода от фундаментальных исследований к технологическим инновациям с высоким коммерческим потенциалом. Разработанные технологии будут адаптированы как для полузамкнутых (вертикальные фермы, промышленные теплицы), так и для открытых (устойчивые агроэкосистемы) систем сельского хозяйства.
Задачи проекта:
- Создание технологических решений для продовольственной безопасности. • Разработка автономных агроэкосистем, обеспечивающих устойчивое производство продовольствия.
- Развитие цифровых систем мониторинга и управления. • Разработка интеллектуальных платформ анализа данных и контроля агроэкосистем.
- Экологическая устойчивость искусственных экосистем. • Внедрение методов сохранения биоразнообразия в искусственных агроценозах.
- Биотехнологическое восстановление и рекультивация почв. • Разработка агробиотехнологий для регенерации деградированных земель.
- Развитие циркулярной биоэкономики и переработки отходов. • Разработка технологий переработки сельскохозяйственных отходов в биоудобрения и биогаз.
- Повышение устойчивости сельского хозяйства. • Создание и внедрение гибридных методов земледелия, сочетающих традиционные и высокотехнологичные подходы.
• Внедрение биотехнологий защиты растений, снижающих зависимость от химических пестицидов.
• Оптимизация методов культивирования сельскохозяйственных культур в условиях контролируемой среды.
• Внедрение систем машинного зрения и ИИ для прогнозирования фитосанитарной ситуации и урожайности.
• Внедрение микробиологических консорциумов для повышения плодородия почв
• Внедрение микробиологических методов ремедиации почв и очистки сточных вод.
• Исследование и селекция устойчивых сортов растений, адаптированных к региональным климатическим условиям.
Оценка прогресса и эффективности реализации проекта:
Качественные показатели:
- Повышение уровня продовольственной и биологической безопасности за счет внедрения устойчивых технологий.
- Формирование интегрированной экосистемной платформы для управления искусственными агроэкосистемами.
- Создание новых возможностей для международного сотрудничества в сфере продовольственной безопасности и экотехнологий.
- Внедрение не менее 10 программно-аппаратных комплексов (ПАК) для управления и мониторинга агроэкосистем.
- Разработка не менее 5 новых биопрепаратов, включая биопестициды, биостимуляторы, пробиотики.
- Коммерциализация не менее 12 продуктов в сфере сельского хозяйства и биотехнологий.
- Подготовка не менее 300 специалистов в области агробиотехнологий и цифрового земледелия.
- Повышение научного потенциала университета – проект стимулирует развитие фундаментальных и прикладных исследований в области биотехнологий, цифрового земледелия и экологии.
- Укрепление связей с промышленными партнерами – создание технологических решений, востребованных агрохолдингами, биотехнологическими компаниями и государственными структурами.
- Развитие образовательных программ – интеграция передовых научных достижений в образовательный процесс, подготовка высококвалифицированных специалистов и формирование новых направлений подготовки.
- Международная научно-технологическая кооперация – участие в международных консорциумах и исследовательских программах в области продовольственной и экологической безопасности.
5.4.3.2. Описание стратегического технологического проекта
Реализация проекта требует комплексного подхода, включающего следующие области науки и инженерии:
- Цифровое земледелие и искусственный интеллект – применение методов искусственного интеллекта, машинного обучения и компьютерного зрения для предиктивного анализа агроэкосистем.
- Агробиотехнологии – исследования и разработка биотехнологических решений для интенсификации сельскохозяйственного производства, включая разработку и тестирование микробиологических препаратов (биостимуляторов, биофунгицидов, биопестицидов), направленных на повышение устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессам.
- Генетическая инженерия – разработка геномных и постгеномных методов для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к патогенам, засухе и экстремальным условиям.
- Экологическая инженерия – разработка и применение технологий восстановления нарушенных и деградированных почв, включая биоремедиацию почв с использованием биоконсорциумов.
- Биотехнологии замкнутого цикла – разработка и оптимизация технологий переработки органических отходов аграрного производства с целью получения биоэнергии и биоугля.
- Сельское хозяйство и агропромышленный комплекс – внедрение инновационных методов ведения сельского хозяйства, направленных на повышение урожайности, снижение потребности в химических удобрениях и пестицидах, а также улучшение качества сельскохозяйственных культур.
- Биотехнологическая индустрия – разработка и коммерциализация новых биопрепаратов, включая биоудобрения, биостимуляторы, альтернативные кормовые добавки и биопестициды.
- Экологические технологии – применение экологически безопасных решений для восстановления нарушенных экосистем, снижения выбросов парниковых газов и минимизации загрязнения окружающей среды.
- Пищевая промышленность – производство функциональных продуктов питания и кормовых добавок с высокой пищевой ценностью, включая альтернативные белковые источники, пробиотики, ферментированные продукты и пищевые добавки на основе биотехнологий.
- Энергетика – внедрение биотехнологий и систем биоэнергетики, включая производство биогаза и биоугля из сельскохозяйственных отходов.
- Государственный сектор и устойчивое развитие – адаптация разработанных технологий для обеспечения продовольственной безопасности, повышения устойчивости сельского хозяйства к климатическим изменениям и внедрения циркулярной биоэкономики.
Проект направлен на укрепление партнёрства между университетом и индустриальными, академическими и государственными структурами. В рамках проекта реализуются совместные инициативы с промышленными предприятиями – компании «ФосАгро», ООО «Агро-Актив», АО «Щелково-Агрохим», технологическая инженерная компания ООО «СИАМС»; академическими и исследовательскими учреждениями – Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича» (ИБМХ), Всероссийский институт защиты растений (ВИЗР), Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева, Бурятская государственная сельскохозяйственная академия; международными партнёрами – Федеральный университет Северного Токантинса (Бразилия).
Форматы сотрудничества включают совместные исследования, разработку и тестирование новых агротехнологий, механизмы трансфера технологий, создание специализированных исследовательских лабораторий и испытательных полигонов, проведение научных семинаров и конференций, обмен специалистами и стажировки для магистрантов и аспирантов.
Реализация образовательных программ и инициатив:
Проект предусматривает развитие образовательных программ на всех уровнях высшего образования и дополнительного профессионального образования:
- Участие в проекте BRICS Pro Агро Лекторий совместно с ПАО «ФосАгро» и Российским государственным аграрным университетом – МСХА им. К.А. Тимирязева. Лекции охватывают студентов и специалистов аграрного сектора из стран СНГ, БРИКС и Глобального Юга.
- Развитие магистерских и аспирантских программ в областях микробиологии, энтомологии, почвоведения, математической биологии и биоинформатики.
- Создание бразильско-российской программы «Устойчивая биоэкономика» на базе магистратуры «Глобальные изменения и углеродное регулирование».
Продовольственная безопасность находится под угрозой из-за климатических изменений, деградации почв, зависимости от импортных агротехнологий, недостаточной цифровизации сельского хозяйства и ограниченной инфраструктуры. Эти факторы снижают урожайность, ухудшают качество почв, увеличивают потери продовольствия и ограничивают доступность качественных продуктов. Для решения этих проблем проект направлен на разработку биотехнологических решений с помощью искусственных биологических экосистем, которые обеспечат устойчивое производство продовольствия, снижение экологической нагрузки и эффективное управление сельскохозяйственными ресурсами через интеграцию биотехнологий, цифрового мониторинга и методов циркулярной биоэкономики.
Недостаточная цифровизация и автоматизация управления агроэкосистемами: сельскохозяйственное производство требует внедрения интеллектуальных цифровых решений для мониторинга агросистем, прогнозирования урожайности, контроля фитосанитарного состояния и автоматизированного управления ресурсами.
Отсутствие комплексного подхода к использованию сельскохозяйственных отходов: превалирующая часть органических отходов не перерабатывается, что усиливает загрязнение окружающей среды в процессе их естественного разложения. Необходимы замкнутые циклы утилизации отходов с получением биоудобрений, биогаза и альтернативных источников белка
Описание предлагаемых решений:
Внедрение новых агробиотехнологических решений через создание искусственных биологических экосистем, сочетающих биотехнологические, цифровые и экологически устойчивые решения. Разработка инновационных биопрепаратов (биопестицидов, биостимуляторов, биофунгицидов), повышение устойчивости растений к стрессам, внедрение микробиологических консорциумов для повышения плодородия почв. Развитие цифрового сельского хозяйства. Создание интеллектуальных платформ мониторинга состояния растений, внедрение программно-аппаратных комплексов (ПАК) для автоматизированного контроля агроэкосистем, применение ИИ и машинного обучения для анализа агроданных. Циркулярная биоэкономика и переработка отходов. Создание систем переработки сельскохозяйственных отходов, производство биоудобрений, биогаза, биоугля, альтернативных белковых источников. Образовательная и научная интеграция, через развитие образовательных программ по агробиотехнологиям, цифровому земледелию и биоинженерии, вовлечение молодых учёных и студентов в исследования, укрепление международного сотрудничества в сфере продовольственной безопасности.
5.4.3.3. Ключевые результаты стратегического технологического проекта
Ключевые результаты стратегического технологического проекта до 2036 года
Научно-технологические результаты:
- Разработка не менее 10 программно-аппаратных комплексов (ПАК) для контроля состояния растений, оптимизации применения биопрепаратов с внедрением систем ИИ-анализа и поддержки принятия решений.
- Внедрение не менее 10 модулей полузамкнутых экосистем (биофабрики, вертикальные фермы, агропромышленные комплексы) с полной автоматизацией ключевых процессов в контролируемых экосистемах.
- Разработка и внедрение не менее 5 новых биопрепаратов (биостимуляторы, биопестициды, биофунгициды, пробиотики для почв).
- Создание 5+ решений по переработке отходов в биогаз, биоудобрения.
- Разработка не менее 3 новых видов продуктов с высокой пищевой ценностью (альтернативные белки).
- Внедрение не менее 10 новых образовательных программ (биоэкономика, цифровое земледелие и д.р.).
- Подготовка не менее 300 высококвалифицированных специалистов.
- Создание совместных исследовательских лабораторий с международными партнерами (страны БРИКС, G20, Латинская Америка).
- Совместные проекты с не менее чем 15 компаниями и R&D-центрами.
- Привлечение инвестиций в агротех (гранты, венчурное финансирование) на сумму не менее 500 млн руб.
5.4.3.4. Портфель планируемых к реализации проектов и их результат
1. Проект «Разработка технологий замкнутого цикла переработки отходов для развития биоэкономики и устойчивого сельского хозяйства»
Проект предлагает разработку комплексного подхода к переработке органических отходов с использованием технологий замкнутого цикла, который позволит максимально эффективно использовать все получаемые продукты. В рамках этого подхода будет внедрена технология пиролиза, которая обеспечит переработку органических отходов в высококачественные биопродукты. Твердые продукты будут использоваться для повышения стрессоустойчивости и урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, использование биоугля позволит снизить потребность в химических пестицидах, так как он повышает устойчивость растений к вредителям и болезням. Пиролизные газы будут использоваться для обеспечения энергетических потребностей самой технологии, что позволит значительно снизить затраты на переработку и сделать процесс более экономически эффективным. Предложенное решение не только позволит эффективно утилизировать органические отходы, но и создаст новые возможности для производства высококачественных биопродуктов, способствуя развитию биоэкономики и улучшению состояния окружающей среды.
Стадия проекта: лабораторное исследование
Оценка уровня готовности технологии (УГТ):
УГТ3. Даны аналитические и экспериментальные подтверждения по важнейшим функциональным возможностям и/или характеристикам выбранной концепции. Проведено расчетное и/или экспериментальное (лабораторное) обоснование эффективности технологий, продемонстрирована работоспособность концепции новой технологии в экспериментальной работе на мелкомасштабных моделях устройств. На этом этапе в проектах также предусматривается отбор работ для дальнейшей разработки технологий. Критерием отбора выступает демонстрация работы технологии на мелкомасштабных моделях или с применением расчетных моделей, учитывающих ключевые особенности разрабатываемой технологии, или эффективность использования интегрированного комплекса новых технологий в решении прикладных задач на базе более детальной проработки концепции на уровне экспериментальных разработок по ключевым направлениям, детальных комплексных расчетных исследований и моделирования.
Проведены лабораторные (вегетационные) исследования с оценкой эффективности применения биоуглей для повышения стрессоустойчивости почв в условиях засухи. Изготовлен макетный образец газогенератора, работающего на органических отходах.
Решаемая проблема:
Современные методы переработки органических отходов сталкиваются с рядом серьезных проблем, значительная их часть не перерабатывается должным образом и попадает на свалки или сжигается, что приводит к выбросам парниковых газов и загрязнению окружающей среды. Существующие технологии (например, сжигание или компостирование) зачастую не учитывают полный потенциал органических отходов, что приводит к значительным потерям ресурсов и неэффективному использованию вторичных продуктов. Отсутствие интегрированных технологий замкнутого цикла переработки органических отходов затрудняет оптимизацию процессов и повышает затраты на переработку, что ограничивает возможности для создания новых рабочих мест в сфере биоэкономики и устойчивого сельского хозяйства. С точки зрения безопасности растений традиционные удобрения и пестициды, используемые в сельском хозяйстве, могут негативно влиять на экосистему и здоровье растений.
Предлагаемое решение:
Технология термической переработки органических отходов с использованием замкнутого цикла в высококачественные биопродукты, способствующая улучшению экосистемы и устойчивому развитию сельского хозяйства. Разработка математической модели для прогнозирования процесса переработки с целью его оптимизации. Внедрение способствует созданию эффективных и устойчивых технологий замкнутого цикла переработки органических отходов, которые могут быть интегрированы на промышленных предприятиях.
Описание результата:
Предлагаемая технология переработки позволит адаптировать процесс в зависимости от вида органических отходов. Математическая модель обеспечит оптимизацию процесса и позволит разработать рекомендации по выбору наиболее эффективных видов биомассы с точки зрения производства ценных продуктов. Технология обладает потенциалом масштабирования и может быть успешно внедрена на промышленных предприятиях, что позволит увеличить объем переработки органических отходов и повысить эффективность производственных процессов. В свою очередь, это приведет к сокращению объемов отходов и улучшению экологической ситуации. Использование биоугля способствует увеличению урожайности и повышению стрессоустойчивости сельскохозяйственных культур в условиях климатических изменений. Биоуголь будет выполнять функцию среды обитания для полезных микроорганизмов, что обеспечит быстрое усвоение растениями питательных веществ. Это позволит снизить риск заболеваний и уменьшить потребность в использовании синтетических удобрений.
Дата начала и дата окончания проекта: 01.01.2024 — 01.10.2035
Код ГРНТИ: 44.09.35 Вторичные энергоресурсы
Критическая технология: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
Связь с Приоритетами СНТР: г) Переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания
Связь с Большими вызовы СНТР: д) Потребность в обеспечении продовольственной безопасности и продовольственной независимости России, конкурентоспособности отечественной сельскохозяйственной продукции на мировых рынках продовольствия, снижение технологических рисков в агропромышленном комплексе на фоне глобального продовольственного кризиса
Приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ: Рациональное природопользование.
Связь с мероприятиями НПТЛ: Средства производства и автоматизации; Биоэкономика; Технологическое обеспечение продовольственной безопасности.
2. Проект «Модульный агробиотехкомплекс»
Представляет собой прототип специализированного комплекса для выращивания растений в условиях управляемого микроклимата. Он позволяет проводить научные исследования, тестировать новые агротехнологии, изучать рост и развитие растений, а также разрабатывать устойчивые решения для сельского хозяйства. Комплекс состоит из модулей выращивания растений (ягодный, овощной, салатно-зеленый), и технических модулей с системами автоматического управления микроклиматом и полива.
Стадия проекта: Пилотное внедрение
Оценка уровня готовности технологии (УГТ):
УГТ5. Компоненты и/или макеты подсистем верифицированы в условиях, близких к реальным. Основные технологические компоненты интегрированы с подходящими другими ("поддерживающими") элементами, и технология испытана в моделируемых условиях. Достигнут уровень промежуточных/полных масштабов разрабатываемых систем, которые могут быть исследованы на стендовом оборудовании и в условиях, приближенных к натурным условиям. Испытывают не прототипы, а только детализированные макеты разрабатываемых устройств.
Разработаны 3 модуля, которые функционирует в контролируемых условиях, проводится тестирование эффективности.
Решаемая проблема:
Современные города сталкиваются с проблемами продовольственной безопасности, нехватки сельскохозяйственных площадей и высокой зависимости от внешних поставок свежих овощей и зелени. Климатические условия и сезонность производства ограничивают доступность продукции, что делает цены нестабильными. Ограниченность пространства в урбанизированных районах требует новых подходов к выращиванию растений. Вертикальные фермы позволяют эффективно использовать доступные площади, обеспечивая круглогодичное производство. Использование гидропоники, аэропоники и аквапоники снижает потребление воды и удобрений, делая сельское хозяйство более устойчивым. Высокие затраты на транспортировку и хранение свежих продуктов приводят к потерям качества и увеличению цен. Локальные модульные фермы сокращают логистические издержки, обеспечивая потребителей свежей продукцией вблизи мест потребления. Автоматизация процессов снижает зависимость от ручного труда и повышает эффективность выращивания. Интеллектуальные системы контроля микроклимата и мониторинга растений улучшают управление ресурсами, предотвращая потери урожая.
Предлагаемое решение:
Модульный агробиотехкомплекс представляет собой автоматизированную систему для выращивания растений в контролируемой среде. Он состоит из отдельных модулей, каждый из которых предназначен для определенного типа культур (ягодные, овощные, листовые). Управление осуществляется системой, контролирующей микроклимат, освещение, подачу питательных веществ и уровень CO₂. Ценностное предложение: Проект предлагает передовое решение для сельского хозяйства, обеспечивая:
- Рост урожайности на 20-30% за счет точного контроля условий.
- Снижение затрат на воду и удобрения на 40-60% благодаря автоматизированным системам.
- Стабильное круглогодичное производство, исключая влияние сезонности.
- Минимизацию потерь урожая до 70%, за счет раннего выявления стрессов и фитопатогенов.
- Экологическую устойчивость – отсутствие пестицидов, низкое энергопотребление.
- До 60% экономии воды благодаря рециркуляционным системам.
- Сокращение использования удобрений на 30% за счет точного дозирования.
- Рост урожайности на 30-40% по сравнению с традиционными методами.
- Уменьшение затрат на труд до 50% благодаря автоматизации.
- Гибкость масштабирования – комплексы адаптируются под любые площади и условия.
- Контроль и прогнозирование урожая – точное управление параметрами роста.
- Минимизация внешних рисков – защита от погодных условий и вредителей.
- Экологичность – сокращение выбросов CO₂, отказ от химических средств.
- Высокое качество продукции – свежие, безопасные продукты.
- Гибкость использования – интеграция в теплицы, городские фермы, исследовательские центры.
Автоматизированная система, обеспечивающая повышение урожайности, использование экологически чистых технологий исключает применение пестицидов, делая производство устойчивым и безопасным. Гибкая модульная архитектура комплекса позволяет адаптировать его под различные культуры, исследовательские задачи и коммерческое применение. Цифровая платформа с аналитикой данных и прогнозированием фитопатогенов повышает эффективность управления агропроцессами. комплекс снижает затраты, и повышает продовольственную безопасность, делая сельское хозяйство независимым от климатических условий и нестабильных логистических цепочек.
Дата начала и дата окончания проекта: 01.04.2021 — 01.12.2032
Код ГРНТИ: 68.85.85 Автоматизация и электронизация сельского хозяйства
Дополнительный код ГРНТИ: 68.75.21 Управление, планирование и прогнозирование в сельскохозяйственном производстве
Дополнительный код ГРНТИ 2: 68.75.21 Управление, планирование и прогнозирование в сельскохозяйственном производстве
Критическия технология: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
Связь с Приоритетами СНТР: г) Переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработку и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективную переработку сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания
Связь с Большими вызовы СНТР: 15г) Продовольственная безопасность
Приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ: Рациональное природопользование
Связь с мероприятиями НПТЛ: Средства производства и автоматизации; Технологическое обеспечение продовольственной безопасности.
3. Проект «Роботизированный программно-аппаратный комплекс фитосанитарного мониторинга»
Проект представляет собой разработку программно-аппаратного комплекса для мониторинга состояния растений в тепличных условиях. Система включает модули сбора, анализа данных и поддержки принятия решений, основанные на технологиях компьютерного зрения и машинного обучения. Она формирует фитосанитарные карты, анализирует риски потерь урожайности и рекомендует оптимальные меры защиты растений.
Стадия проекта: Пилотное внедрение
Оценка уровня готовности технологии (УГТ):
УГТ5. Компоненты и/или макеты подсистем верифицированы в условиях, близких к реальным. Основные технологические компоненты интегрированы с подходящими другими ("поддерживающими") элементами, и технология испытана в моделируемых условиях. Достигнут уровень промежуточных/полных масштабов разрабатываемых систем, которые могут быть исследованы на стендовом оборудовании и в условиях, приближенных к натурным условиям. Испытывают не прототипы, а только детализированные макеты разрабатываемых устройств.
Технология продемонстрирована в условиях, приближенных к реальным
Решаемая проблема:
Современные тепличные хозяйства сталкиваются с проблемой позднего выявления заболеваний растений, что приводит к снижению урожайности и увеличению затрат на защитные меры. Традиционные методы мониторинга, основанные на визуальном осмотре, трудозатратны и подвержены человеческому фактору. Отсутствие автоматизированных решений затрудняет анализ фитосанитарной обстановки и прогнозирование распространения фитопатогенов. Используемые системы защиты часто работают без учета реальной потребности, что приводит к избыточному расходу препаратов или недостаточной обработке очагов заражения. Кроме того, разрозненность цифровых решений в сельском хозяйстве усложняет интеграцию мониторинговых данных в единую систему управления.
Предлагаемое решение:
Система представляет собой цифровую платформу для автоматизированного мониторинга состояния растений. Основное преимущество системы – комплексная цифровизация фитосанитарного контроля с возможностью как ручного, так и автоматического сбора данных, их анализа и формирования фитосанитарной карты. В основе технологии лежат методы компьютерного зрения, машинного обучения и анализа данных, позволяющие выявлять фитопатогены на ранних стадиях и предлагать оптимальные решения для защиты растений.
Описание результата:
Усовершенствование моделей компьютерного зрения до точности 85–90% в выявлении фитопатогенов. Автоматизация сбора данных для мониторинга растений в реальном времени. Создание динамической фитосанитарной карты с прогнозированием очагов заболеваний и рекомендациями по защите. Интеллектуальная система поддержки принятия решений, адаптирующая рекомендации под специфику хозяйства и текущий сезон. Снижение трудозатрат на фитосанитарный мониторинг до 50% за счет цифровизации и автоматического анализа данных. Сокращение потерь урожая до 30% благодаря раннему обнаружению заболеваний и оптимизированным стратегиям защиты. Прогнозирование распространения фитопатогенов с точностью 85%, что снижает вероятность эпидемий. Экономия на средствах защиты растений до 30% за счет точечного применения биопрепаратов и пестицидов.
Дата начала и дата окончания проекта: 01.04.2021 — 01.12.2032
Код ГРНТИ: 68.85.85 Автоматизация и электронизация сельского хозяйства
Дополнительный код ГРНТИ: 68.75.21 Управление, планирование и прогнозирование в сельскохозяйственном производстве
Критическая технология: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
Связь с Приоритетами СНТР: 20а) Цифровые технологии, искусственный интеллект, новые материалы
Связь с Большими вызовы СНТР: 15г) Продовольственная безопасность
Приоритетное направление развития науки, технологий и техники РФ: Рациональное природопользование
Связь с мероприятиями НПТЛ: 7) Средства производства и автоматизации; 8) Технологическое обеспечение продовольственной безопасности