Сучасні інструменти контролю та вимірювання полегшують інспектування стану зерна у сховищах.
У той час, коли наукові та комерційні установи в агросекторі намагаються збільшити продуктивність й урожайність, втрати під час зберігання коливаються від 7–9% — у Північній Америці та Європі до 50% — у країнах, що розвиваються. Це значна цифра, що перекреслює працю мільйонів людей, сповільнює повернення інвестицій і свідчить про те, що негативний вплив на екологію, пов’язаний із виробництвом тих втрачених мільйонів тонн зерна, був марним.
Параметри, що вказують на псування зерна
Зернові масиви, закладені на зберігання у сховища будь-яких типів, — це екологічні системи, де спільноти комах, кліщів і мікрофлори взаємодіють з абіотичними змінними, щоб викликати псування.
Забруднення зерна пліснявою значною мірою провокують температура та наявність води й кисню. Тобто швидкість росту цвілі всередині маси зерна зростає зі збільшенням температури та доступності вологи. Тож головними причинами проблем, що можуть з’явитись у сховищі, є температура й волога. Поява надлишку вуглекислого газу (СО2) демонструє погіршення стану зерна. Він вказує на наявність комах, цвілі або надмірного дихання. Отже, вуглекислий газ і специфічні запахи можуть бути надійними показниками псування зерна. Ще однією ознакою проблем можуть стати специфічні звуки, що виникають у процесі життєдіяльності комах, — вуглекислий газ, запах, температура, вологість і звук є тими чинниками, що вказують на проблеми у сховищі. Саме на їх визначення були спрямовані зусилля аграрної індустрії.
Датчик вуглекислого газу
Однією з поширених технологій виявлення псування зерна є вимірювання концентрації СО2. Для цього потрібен прилад, що здатен відчувати зміну концентрації вуглекислого газу в межах 0,1%. Встановлюють датчики СО2 зазвичай біля вентиляційних отворів і витяжних вентиляторів. Для перевірки стану зернової маси періодично вмикають аераційні системи й ретельно стежать за зміною концентрації СО2 у повітрі, що залишає сховище. Залежно від того, яка максимальна концентрація СО2 була зафіксована, вирішують про подальші дії. Якщо все нормально, періодичність контролю не змінюється. Якщо зафіксовано підвищений рівень вуглекислого газу, частоту перевірок збільшують. За надто високої концентрації розпочинають дії щодо запобігання псуванню: інтенсивне провітрювання, пересипання задля руйнування осередку псування тощо. Загалом цей спосіб зручний тим, що дозволяє виявити проблему на початковій стадії, коли можна встигнути усунути проблему практично без втрат.
Датчик запаху
Технологія визначення запахів досить складна, бо для цього треба створити прилад, що здатен розрізняти багато хімічних сполук. Хоча за успішного створення відповідних сенсорів можна було б отримати точний і ефективний інструмент для раннього визначення псування.
Пошкодження зерна, спричинене комахами чи грибами або відразу і тим, і тим, призводить до виділення складних летких метаболітів. Поки що немає комерційних датчиків, здатних визначати концентрацію таких метаболітів всередині зерна. Нині моніторинг запаху проводять досвідчені зернові інспектори, які на власний нюх визначають наявність псування й вирішують щодо керування якістю. Однак і людина не завжди здатна точно оцінювати запахи, наприклад, через наявність фонових запахів або суб’єктивність оцінювання. І коли сморід зі сховища розпізнає навіть стороння людина, ймовірно, що псування пошириться на великі обсяг і зерна. Крім того, використовувати власний ніс, щоб оцінити стан зерна, може бути небезпечно для здоров’я, бо разом із повітрям в органи дихання можуть потрапити спори плісняви.
Отже, на сьогодні існує певна потреба в системах раннього виявлення запаху псування для полегшення ухвалення рішень.
Було виготовлено прототипи датчиків для виявлення псування пшениці, однак експерименти показали, що систему слід удосконалити через значну кількість помилкових виявлень запаху псування. До того ж система могла виявляти тільки грибні запахи. Ідеальний датчик запаху в сховищах зерна має визначати наявність і вимірювати концентрацію запахів, спричинених комахами, грибами й іншими біологічними чинниками. Поки що такого комерційного рішення не існує. Розробки, що ведуться, є перспективними, але потрібно дочекатися їх успішного завершення.
Датчик температури та вологості
Системи моніторингу температури здебільшого являють собою кабелі, що звисають зі стелі аж до самої підлоги. Вони працюють за допомогою акумуляторів і здатні вимірювати температуру на різних глибинах зернової маси, показувати зміни, а також контролювати фронти охолодження. Через низьку теплопровідність зерна мала кількість температурних кабелів може неправильно показувати температурну структуру зернової маси. Щоб гарантовано отримувати повноцінну інформацію про стан зерна й можливість псування, температуру слід вимірювати з інтервалом 0,5 м у всій масі зерна. Температуру та вологість краще вимірювати за допомогою групи кабельних сенсорів
Датчики вологості, що пропонує сучасна індустрія, вимірюють діелектричні властивості зерна. Чим вище опір зерна, тим менший уміст вологи. Для них також важливим є розміщення в зерновому масиві, бо в різних зонах вологість може відрізнятися.
Вимірювання відносної вологості є непрямим способом визначення вологості зерна на основі рівнянь рівноважної вологості. Сучасні датчики відносної вологості можуть прогнозувати вміст вологи в зерні з великою точністю. Тож якщо у сховищі встановити датчики температури, вологості або відносної вологості, буде можливість ефективно керувати зберіганням.
Акустичний датчик
За допомогою акустичних датчиків можна визначати рівень заповнення сховища, інтенсивність зернового потоку, а сучасні 3D-сенсори здатні показувати «рельєф» зернової маси. Перевагами акустичних датчиків є практично відсутнє зношення й мінімальна потреба в обслуговуванні.
Також досить успішними виявилися дослідження, метою яких було визначити можливість використання акустичних датчиків для виявлення зараження зернової маси різними видами комах. Чутливі датчики розміщували всередині зернового масиву на кабелях, схожих на температурні. Вони мали вловлювати звуки від життєдіяльності комах, і в більшості випадків вдавалося досить швидко виявляти небезпеку. Однак, ураховуючи деякі технічні труднощі, розробники й далі проводять дослідження, щоб система працювала із необхідною точністю. Прототип підтвердив можливість упровадження автоматизованої системи моніторингу з низькою потужністю та низькою вартістю для раннього виявлення біологічної небезпеки в силосах і системах зберігання.
Нині проводяться випробування в умовах реальних сховищ. Також система ще «не вміє» локалізувати зону зараження, тому в цьому напрямі також тривають дослідження.
Електростатичний датчик (датчик пилу)
Від вибухів зернового пилу й сьогодні гине й травмується персонал, а також це завдає багатомільйонні збитки по всьому світу. Системи аспірації й очищення зерна не завжди допомагають, і довгий час елеваторники були беззахисними, бо передбачити запиленість зерна було досить важко. Проблему розпочали розв’язувати за допомогою електростатичних датчиків, де для вимірювання розміру частинок у повітрі використовується сітчастий електрод. У перспективі ця технологія може бути удосконалена й отримає поширення, а поки що елеваторники шукають ефективніші способи боротьби з пилом.
Висновок
Сучасна індустрія для виявлення псування зерна у сховищах пропонує датчики для вимірювання температури, вологості, відносної вологості та концентрації СО2. На їх основі створюються системи автоматичного моніторингу, які в разі небезпеки попереджують оператора про наявність проблем і навіть пропонують варіанти подальших дій. Інші датчики, що здатні визначати запахи псування зерна, звуки життєдіяльності комах і вміст пилу, поки що не готові до створення комерційних моделей. Це пов’язано навіть не з небажанням розробників досягти результату, а швидше з відсутністю інтересу з боку потенційних користувачів. Наявні системи досить добре роблять свою справу, що стримує розробку й вдосконалення альтернативних рішень. Нині набирає обертів бездротова технологія, що значно спрощує роботу датчиків і систем моніторингу. І хоча потреба в технології є значна, її впровадження вимагає подолання культурних і технологічних бар’єрів.
Володимир Огійчук
журнал The Ukrainian Farmer, травень 2020 року
Усі авторські права на інформацію розміщену у журналі The Ukrainian Farmer та інтернет–сторінці журналу за адресою https://agrotimes.ua/ належать виключно видавничому дому «АГП Медіа» та авторам публікацій, згідно Закону України “Про авторське право та суміжні права”.
Використання інформації дозволяється тільки після отримання письмової згоди від видавничого дому «АГП Медіа».
The Ukrainian Farmer
