Рынок технологий биологической очистки — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз на 2018–2028 гг. Сегментированный по обработке (компостирование, вермикомпостирование, борьба с черной львинкой, анаэробное сбраживание, ферментация), по применению (жилое, коммерческое, промышленное), по региону и конкуренции

Обзор рынка

Глобальный рынок технологий биологической очистки оценивается в 2,38 млрд долларов США в 2022 году и, как ожидается, станет свидетелем впечатляющего роста в прогнозируемый период с среднегодовым темпом роста 6,42% до 2028 года

Строгие экологические нормы и стандарты, введенные правительствами во всем мире, требуют от отраслей и муниципалитетов очистки сточных вод, управления органическими отходами и контроля выбросов. Технологии биологической очистки часто являются предпочтительным выбором для соблюдения этих норм. Рост различных отраслей промышленности, включая обрабатывающую промышленность, сельское хозяйство и нефтехимию, привел к увеличению образования органических отходов и сточных вод. Решения по биологической очистке необходимы для эффективного управления и обработки этих отходов. Производство биогаза, возобновляемого источника энергии, с помощью таких процессов, как анаэробное сбраживание, является привлекательным драйвером для отраслей, стремящихся к восстановлению энергии и ресурсов. Биогаз можно использовать для выработки электроэнергии и отопления. Текущие достижения в области биотехнологии и синтетической биологии привели к разработке более эффективных и специализированных микроорганизмов для различных процессов очистки, что повысило производительность технологий биологической очистки. Наличие новых загрязняющих веществ в воде и сточных водах, таких как фармацевтические препараты и средства личной гигиены, увеличило спрос на передовые процессы биологической очистки, способные удалять эти загрязняющие вещества.

Основные движущие силы рынка

Рост образования промышленных отходов

По мере роста и расширения отраслей промышленности они, как правило, производят большие объемы органических отходов. Эти отходы могут включать такие материалы, как пищевые отходы, сельскохозяйственные остатки и органические побочные продукты производственных процессов. Технологии биологической очистки хорошо подходят для эффективного управления и преобразования этих органических отходов в ценные ресурсы. Отрасли подчиняются строгим экологическим нормам, которые требуют от них надлежащего управления своими отходами и сточными водами. Технологии биологической очистки предлагают эффективные решения для соблюдения этих нормативных требований, поскольку они могут расщеплять и удалять загрязняющие вещества из различных типов потоков органических отходов. Промышленность, правительства и общественность все больше обеспокоены воздействием утилизации отходов на окружающую среду. Биологические методы обработки, такие как анаэробное сбраживание и компостирование, предлагают более устойчивые и экологически чистые альтернативы традиционным методам утилизации отходов, таким как захоронение и сжигание. Технологии биологической обработки могут способствовать извлечению ценных ресурсов из органических отходов. Например, анаэробное сбраживание генерирует биогаз, который можно использовать для производства энергии, а полученный дигестат может служить богатым питательными веществами почвенным кондиционером. Этот аспект восстановления ресурсов может сделать принятие биологической обработки экономически привлекательным.

В долгосрочной перспективе технологии биологической обработки могут привести к экономии затрат для отраслей. Эти технологии могут снизить затраты на утилизацию отходов, снизить потребление энергии и создать возможности для получения доходов за счет продажи биогаза, компоста или других побочных продуктов. Многие отрасли принимают устойчивость как основную ценность и ставят перед собой конкретные цели в области устойчивости. Технологии биологической обработки соответствуют этим целям, помогая компаниям сократить свое воздействие на окружающую среду, повысить эффективность использования ресурсов и способствовать созданию более устойчивого имиджа. Общественное восприятие и корпоративная ответственность являются значимыми факторами, влияющими на промышленную практику. Внедрение технологий биологической очистки может улучшить экологическую репутацию компании и продемонстрировать приверженность экологически чистым методам управления отходами. В некоторых регионах правительства предоставляют стимулы, субсидии или гранты для поощрения отраслей к внедрению технологий биологической очистки. Эти стимулы могут сделать первоначальные инвестиции более привлекательными для бизнеса. Этот фактор поможет в развитии глобального рынка технологий биологической очистки.

Достижения в области биотехнологии

Достижения в области биотехнологии внесли значительный вклад в разработку и совершенствование технологий биологической очистки. Эти достижения расширили возможности и эффективность процессов биологической очистки в различных областях применения, включая очистку сточных вод, биоремедиацию и управление органическими отходами. Биотехнология позволила разработать специализированные штаммы микроорганизмов, которые более эффективно разлагают определенные загрязнители или органические материалы. Эти сконструированные микроорганизмы могут ускорить разложение загрязняющих веществ в сточных водах и загрязненных средах, делая процессы очистки более быстрыми и эффективными. Биотехнология позволяет проводить генетическую модификацию микроорганизмов для улучшения их метаболических возможностей. Это может привести к появлению микроорганизмов, которые будут более устойчивыми, адаптивными и способными выживать в сложных условиях, что особенно ценно для приложений биоремедиации.

Биотехнология повлияла на конструкцию биореакторов, используемых в различных процессах биологической очистки. Современные системы биореакторов включают такие инновации, как биопленочные реакторы, мембранные биореакторы и иммобилизованные ферментные системы, все из которых повышают эффективность очистки и сокращают площадь очистных сооружений. Биотехнология предоставляет молекулярные инструменты, такие как полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование ДНК, которые являются ценными для мониторинга и оценки микробных сообществ в системах биологической очистки. Эти инструменты позволяют лучше контролировать и оптимизировать процессы очистки. Область синтетической биологии играет важную роль в технологиях биологической очистки. Она включает проектирование и создание биологических частей, устройств и систем для создания новых микроорганизмов или путей для конкретных целей очистки. Синтетическая биология позволяет настраивать микроорганизмы для эффективной деградации загрязняющих веществ и восстановления ресурсов.

Биотехнология позволила использовать метагеномику для изучения генетического состава целых микробных сообществ в системах очистки. Этот подход дает представление о функциональном потенциале этих сообществ и позволяет идентифицировать новые гены и метаболические пути, которые могут быть использованы для целей очистки. Биотехнология способствовала разработке биологических датчиков, которые могут обнаруживать определенные загрязняющие вещества или микробную активность в режиме реального времени. Эти датчики используются для мониторинга и управления процессами, гарантируя оптимальную работу систем очистки. Технологии Omics, включая геномику, протеомику и метаболомику, произвели революцию в нашем понимании микробных сообществ и их взаимодействия в процессах очистки. Эти технологии обеспечивают всестороннее понимание динамики микробных популяций, метаболических путей и их реакций на изменения окружающей среды. Биотехнология внесла свой вклад в разработку инструментов и баз данных биоинформатики, которые помогают исследователям и инженерам анализировать сложные биологические данные. Эти инструменты помогают в интерпретации геномных и метагеномных данных для улучшения проектирования и эксплуатации систем очистки. Достижения в области биотехнологий привели к разработке микробных топливных элементов и других технологий, которые могут генерировать электроэнергию из микробного метаболизма. Это может снизить потребление энергии в системах биологической очистки. Этот фактор будет стимулировать спрос на мировом рынке технологий биологической очистки

Растущая потребность в восстановлении энергии и ресурсов

Одним из основных факторов является способность технологий биологической очистки, таких как анаэробное сбраживание, производить биогаз в качестве побочного продукта. Биогаз в основном состоит из метана и углекислого газа и может использоваться в качестве возобновляемого источника энергии для выработки электроэнергии и отопления. Это особенно привлекательно для отраслей, стремящихся сократить свои затраты на электроэнергию и воздействие на окружающую среду. Поскольку спрос на возобновляемые источники энергии растет, биогаз, полученный с помощью процессов биологической очистки, соответствует целям устойчивого развития и зеленой энергетики. Он снижает зависимость от ископаемого топлива и помогает бороться с изменением климата за счет снижения выбросов парниковых газов. Технологии биологической очистки позволяют преобразовывать органические отходы, включая сельскохозяйственные отходы, пищевые отходы и осадок сточных вод, в ценный энергетический ресурс. Такой подход к переработке отходов в энергию не только снижает затраты на утилизацию отходов, но и способствует более устойчивому энергетическому балансу. Обрабатывая органические отходы с помощью биологических процессов, отрасли могут значительно снизить затраты, связанные с утилизацией отходов, а также уменьшить потребность в захоронении или сжигании. Технологии биологической очистки могут извлекать ценные ресурсы помимо энергии, такие как богатый питательными веществами дигестат, который можно использовать в качестве почвенного кондиционера или удобрения. Этот аспект восстановления ресурсов может создавать дополнительную ценность и снижать воздействие утилизации отходов на окружающую среду.

Биологическая очистка поддерживает принципы круговой экономики, в которой отходы преобразуются в ценные ресурсы, тем самым сокращая добычу первичных ресурсов и минимизируя образование отходов. Некоторые правительства предлагают финансовые стимулы, субсидии или налоговые льготы для поощрения внедрения технологий биологической очистки для восстановления энергии и ресурсов. Эти стимулы могут сделать инвестиции более привлекательными для отраслей. Многие компании поставили перед собой цели в области устойчивого развития, включая снижение воздействия на окружающую среду и повышение эффективности использования ресурсов. Восстановление энергии и ресурсов соответствует этим корпоративным инициативам в области устойчивого развития. Методы биологической очистки считаются экологически чистыми, поскольку они сокращают выбросы метана со свалок, который является мощным парниковым газом. Улавливая и используя метан, образующийся в процессе анаэробного сбраживания, эти технологии помогают смягчить последствия изменения климата. Производство биогаза посредством биологической очистки обеспечивает альтернативный источник энергии, способствуя энергетической безопасности за счет диверсификации энергетического баланса и снижения зависимости от традиционных источников энергии. Этот фактор ускорит спрос на мировом рынке технологий биологической очистки.

Основные проблемы рынка

Масштабируемость технологий

Масштабирование процессов биологической очистки часто связано с более сложными инженерными и проектными задачами. Такие факторы, как массоперенос, теплопередача и динамика жидкости, становятся все более важными по мере роста масштаба очистных сооружений. Конструкция и размеры оборудования, такого как биореакторы и системы аэрации, должны быть оптимизированы для больших объемов, и это может потребовать значительных инженерных знаний. При очистке сточных вод поддержание надлежащего времени гидравлического удержания и распределения потока на более крупных очистных сооружениях имеет решающее значение для эффективности очистки. Масштабирование может нарушить эту динамику. Эффективное распределение питательных веществ и кислорода по всей более крупной системе очистки становится более сложным по мере увеличения масштаба. Это особенно важно в процессах биологической очистки, таких как активированный ил и МБР. Управление и поддержание здоровья микробных популяций становится более сложным по мере расширения систем очистки. Правильное смешивание, доступность питательных веществ и контроль загрязняющих веществ имеют жизненно важное значение для здоровья и активности микробов. Более крупные очистные сооружения могут потреблять больше энергии, и задача состоит в том, чтобы сбалансировать преимущества масштабирования (например, увеличение производства биогаза) с более высокими требованиями к энергии. Поддержание эффективных систем контроля и мониторинга на более крупных объектах имеет решающее значение. Это включает в себя возможность корректировать рабочие параметры в ответ на изменяющиеся условия.

Стоимость внедрения

Настройка систем биологической очистки часто требует существенных капиталовложений. Это включает в себя закупку оборудования, строительство очистных сооружений и развитие инфраструктуры. Многие технологии биологической очистки требуют специализированного оборудования, такого как биореакторы, системы аэрации и приборы мониторинга. Их закупка и установка могут быть дорогими. В некоторых случаях существующая инфраструктура может нуждаться в модернизации или модификации для обеспечения процессов биологической очистки. Эти изменения могут значительно увеличить стоимость внедрения. Эксплуатация и обслуживание систем биологической очистки часто требует квалифицированной и специализированной рабочей силы. Набор, обучение и компенсация такого персонала вносят свой вклад в эксплуатационные расходы. Для улучшения и внедрения инновационных технологий биологической очистки необходимы постоянные исследования и разработки. Инвестиции в НИОКР увеличивают общую стоимость внедрения.

В некоторых случаях отрасли или муниципалитеты могут уже иметь внедренные методы утилизации отходов. Переход к технологиям биологической очистки может повлечь за собой невозвратные затраты в существующих системах и инфраструктуре. Процессы биологической очистки требуют постоянных эксплуатационных расходов, включая электроэнергию, техническое обслуживание и мониторинг. Энергозатраты могут быть значительными, особенно для процессов, требующих аэрации, нагрева или охлаждения. Соблюдение нормативных требований часто требует дополнительных инвестиций в технологии очистки, системы мониторинга и процедуры отчетности для обеспечения соответствия. Для строительства очистных сооружений или установки оборудования могут потребоваться обширные земли или пространство, что может стать проблемой затрат, особенно в густонаселенных или ограниченных по площади районах.

Основные тенденции рынка

Точное земледелие

Точное земледелие может помочь сократить использование удобрений, пестицидов и других химикатов в сельском хозяйстве. Используя целевые и основанные на данных подходы, фермеры могут минимизировать избыточный сток питательных веществ и выщелачивание химикатов в окружающую среду. Это, в свою очередь, может снизить потребность в биологической очистке сельскохозяйственных стоков, сохраняя качество воды и сокращая затраты на очистку. Точное земледелие опирается на данные с датчиков, спутников и других источников для принятия обоснованных решений об управлении урожаем. Эти данные также могут быть использованы для разработки стратегий управления водными ресурсами, помогая сократить потребление воды и минимизировать сельскохозяйственные стоки, которые могут потребовать очистки. Точное земледелие продвигает интегрированные методы борьбы с вредителями, которые направлены на борьбу с вредителями биологическими средствами и сокращение потребности в химических пестицидах. Это может привести к уменьшению количества остатков химикатов в почве и воде, что снижает экологическую нагрузку на системы биологической очистки.

Точное земледелие оптимизирует использование ресурсов, включая воду, энергию и землю. Более эффективно используя ресурсы и минимизируя отходы, оно снижает воздействие сельского хозяйства на окружающую среду и потенциальную потребность в передовой биологической очистке сельскохозяйственных отходов. Точное земледелие часто фокусируется на улучшении здоровья и плодородия почвы. Здоровые почвы могут лучше поглощать и удерживать питательные вещества и воду, уменьшая сток питательных веществ и потенциал загрязнения водоемов. Технологии дистанционного зондирования, используемые в точном земледелии, могут помочь обнаружить ранние признаки стресса или заболевания сельскохозяйственных культур, что позволяет проводить целенаправленные вмешательства и сводить к минимуму необходимость в химической обработке.

Сегментарные данные

Информация об обработке

В 2022 году наибольшая доля мирового рынка технологий биологической очистки была у сегмента анаэробного сбраживания, и, по прогнозам, она продолжит расти в ближайшие годы.

Информация о применении

В 2022 году наибольшая доля мирового рынка технологий биологической очистки была у промышленного сегмента, и, по прогнозам, она продолжит расти в ближайшие годы.

Региональные данные

Северная Америка доминирует на мировом рынке технологий биологической очистки в 2022 году.

Последние события

• В мае 2023 года Lummus Technology, глобальный поставщик технологических процессов и энергетических решений, объявила о соглашении с SiemensEnergy о приобретении активов из их портфеля водных решений. Это приобретение включает интеллектуальную собственность, авторские права, коммерческие тайны и научно-исследовательские и опытно-конструкторские активы. Эти технологии предназначены для удовлетворения потребностей в очистке воды и сточных вод в нефтегазовой промышленности с использованием адсорбции углерода, биологической очистки и гидротермальных процессов. Lummus Technology приобретет технологию мокрого окисления воздуха Zimpro компании Siemens Energy и систему PACT, а также связанную с ними интеллектуальную собственность, лабораторное оборудование и сопутствующие активы. Эти технологии значительно расширят устойчивые и интегрированные предложения Lummus по очистке воды и сточных вод, образующихся на нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятиях. Система Zimpro фокусируется на очистке каустических отходов от этиленовых крекеров, в то время как процесс PACT представляет собой эффективный метод очистки сточных вод, разработанный для удаления органических загрязнителей из промышленных сточных вод. Примечательно, что оба процесса предлагают ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами очистки, включая преобразование и уничтожение потоков высокоактивных отходов при минимизации образования вторичных потоков отходов.
• В январе 2023 года компания Evonik решает современные проблемы управления сточными водами, внедряя инновационный подход. Компания по производству специальных химикатов стремится повысить производительность микроорганизмов, отвечающих за процессы преобразования жизненно важных материалов при биологической очистке сточных вод с помощью кислорода. Эта стратегия позволяет повысить эффективность существующих очистных сооружений. Компания Evonik использует свои половолоконные мембраны SEPURAN N2 для производства воздуха, обогащенного кислородом. Мембраны SEPURAN обеспечивают эффективное разделение газов, таких как метан (CH4), азот (N2) или водород (H2), из газовых смесей.

Ключевые игроки рынка

• BioCo Tech AS
• BIFFA Plc.
• Composting Solutions Ltd.
• Alfa-Therm Limited
• Supreme International Limited
• Closed Loop Environmental Solution Pty Ltd
• Evoqua Water Технология
• Pentair PLC
• Alfa Laval
• Scarab International