Opracowanie innowacyjnej technologii analizy składu chemicznego mleka oraz sensorów pomiaru gazów fermentacyjnych online w połączeniu z automatycznym mikrodozowaniem dodatków paszowych w robotach udojowych

Tytuł projektu: Opracowanie innowacyjnej technologii analizy składu chemicznego mleka oraz sensorów pomiaru gazów fermentacyjnych online w połączeniu z automatycznym mikrodozowaniem dodatków paszowych w robotach udojowych w celu ograniczenia emisji amoniaku, metanu oraz dwutlenku węgla do środowiska naturalnego.

Rolnictwo w tym hodowla i chów bydła mlecznego stanowią istotne źródło emisji gazów cieplarnianych oraz amoniaku przyczyniających się do globalnego ocieplenia klimatu. Dlatego ważnym czynnikiem ograniczającym produkcję mleka w najbliższych latach będzie negatywne postrzeganie przez potencjalnego konsumenta na niekorzystne oddziaływanie tej grupy zwierząt gospodarskich na środowisko naturalne. Mając na uwadze powyższe zależności hodowla i produkcja zwierzęca będą podlegać dynamicznym zmianom zarówno metod jak i technologii, tak aby spełniały coraz wyższe wymagania w odniesieniu do dobrostanu krów mlecznych oraz ochrony środowiska.

• Niezbędne jest zatem podjęcie już teraz działań skierowanych między innymi na optymalizację modelu żywienia wysoko wydajnych krów mlecznych, co umożliwi zarówno utrzymanie wysokiej produkcji mleka jak i ochronę środowiska naturalnego, łącząc zbieżność celów ekologicznych, gospodarczych i społecznych.
• Optymalizacja składu chemicznego dawki pokarmowej, zastosowanie nowatorskich dodatków paszowych oraz strategii żywienia wysoko wydajnych krów mlecznych w cyklu produkcyjnym w robotach udojowych wydaje się kluczowym, przyszłościowym działaniem wpływającym bezpośrednio na ograniczenie negatywnego oddziaływania zwierząt przeżuwających na środowisko naturalne.

Wymiernym rezultatem realizacji operacji będzie innowacyjna technologia analizy składu chemicznego mleka oraz sensorów pomiaru gazów fermentacyjnych online w połączeniu z automatycznym mikrodozowaniem dodatków paszowych w robotach udojowych w celu ograniczenia emisji amoniaku, metanu oraz dwutlenku węgla do środowiska naturalnego. 

Głównym celem operacji jest opracowanie innowacyjnej technologii analizy składu chemicznego mleka oraz sensorów gazów fermentacyjnych (metan, dwutlenek węgla) online w połączeniu z automatycznym mikrodozowaniem dodatków paszowych w robotach udojowych w celu ograniczenia emisji amoniaku, metanu oraz dwutlenku węgla do środowiska naturalnego. 

Celami szczegółowymi operacji są:

1. opracowanie prototypów innowacyjnego mikrodozowania dodatków paszowych w robotach udojowych dostosowanego do wydajności, składu chemicznego mleka oraz mikroklimatu w budynku inwentarskim.
2. opracowanie prototypów sensorów pomiaru emisji metanu i dwutlenku węgla online podczas pobierania paszy treściwej w robocie udojowym. 
3. opracowanie prototypu analizatora umożliwiającego oznaczenie składu chemicznego mleka w tym zawartości mocznika w mleku online w robocie udojowym z zastosowaniem metody FTIR. 
4. korekta dawek online - suplementacja dodatków paszowych i zmniejszenie koncentracji składników pokarmowych w tym białka ogólnego w dawce bez pogorszenia wydajności laktacyjnej.
5. optymalizacja strategii żywienia wysoko wydajnych krów mlecznych w cyklu produkcyjnym w kierunku maksymalizacji syntezy białka mikrobiologicznego w żwaczu i poprawie całkowitej strawności białka i masy organicznej. 

Rezultaty operacji przyczynią się do poprawy wyników ekonomicznych gospodarstwa rolnego poprzez zmniejszenie całkowitych kosztów produkcji mleka (precyzyjne żywienie krów mlecznych w robotach udojowych, zmniejszenie koncentracji białka ogólnego w dawce pokarmowej, poprawa współczynników wykorzystania paszy, ograniczenie strat składników pokarmowych poprzez zmniejszenie emisji amoniaku, metanu i dwutlenku węgla do środowiska naturalnego, poprawa dobrostanu zwierząt, wydłużenie długowieczności) oraz wzrost wydajności dobowej i laktacyjnej odpowiednio o około 20-30%. 

Działania podejmowane w ramach projektu

• Etap I Modyfikacja robotów udojowych - opracowanie prototypów automatycznych mikrodozowników do dodatków paszowych oraz sensorów emisji metanu i dwutlenku węgla w robotach udojowych. 
• Etap II Montaż zmodyfikowanych robotów udojowych. 
• Etap III Prace badawczo-rozwojowe - opracowanie prototypu analizatora indywidualnego składu chemicznego mleka FTIR, 
• Etap IV Montaż prototypu sensorów gazów fermentacyjnych (metanu i dwutlenku węgla) w robotach udojowych 
• Etap V Opracowanie oprogramowania do agregacji i zarządzania bazą danych.
• Etap VI Prace badawcze - badania żywieniowe na krowach mlecznych w układzie kwadratu łacińskiego.   

Streszczenie praktyki

Efektem działań podejmowanych w ramach operacji będzie wdrożenie innowacyjnej technologii opartej na analizie indywidualnego składu chemicznego mleka oraz sensorach pomiaru gazów fermentacyjnych (metan, dwutlenek węgla) online w połączeniu z automatycznym mikrodozowaniem dodatków paszowych w robotach udojowych w przedsiębiorstwach rolnych zajmujących się produkcją mleka.

• Rezultaty operacji można podzielić na innowację technologiczną, nową metodę żywienia krów mlecznych oraz rozwój przedsiębiorstw rolnych zajmujących się produkcją mleka.
• Opracowana i wdrożona technologia pozwoli na precyzyjne żywienie wysoko wydajnej krowy mlecznej ograniczające negatywny wpływ hodowli i chowu bydła na środowisko naturalne (emisja gazów cieplarnianych i amoniaku), przyczyniając się bezpośrednio do poprawy dobrostanu zwierząt oraz opłacalności produkcji mleka.
• Planowana operacja potencjalnie pozwoli na uzyskanie bardzo dużej wydajności dobowej (ponad 50 kg mleka) oraz laktacyjnej (ponad 12 000 kg mleka) przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji gazów cieplarnianych i amoniaku do środowiska naturalnego odpowiednio o 20% i 40%.
• Ponadto, wdrożenie modelu precyzyjnego żywienia pozwoli na poprawę status zdrowotnego i wydłużenie długość użytkowania krów mlecznych a tym samym ograniczenie zagrożenia dla środowiska naturalnego wynikającego z produkcji cennego surowca jakim jest mleko.

Dodatkowe informacje

Edukacja: W celu ułatwienia wdrożenia nowych praktyk w chowie i hodowli bydła oraz produkcji mleka, zaleca się rozszerzenie planu o program edukacyjny. Szkolenia dla hodowców, lekarzy weterynarii i doradców do spraw żywienia bydła mogą pomóc w zrozumieniu korzyści wynikających z wprowadzenia innowacyjnej technologii będącej efektem realizacji operacji. 

Badania naukowe: W celu weryfikacji założonych hipotez badawczych oraz testowania czterech czynników doświadczalnych o zróżnicowanych poziomach (kontrola, aminokwasy egzogenne, dodatki fitogenne, białko ogólne) zostanie zastosowany rekomendowany w doświadczeniach tego typu układ kwadratu łacińskiego. Wyniki badań posłużą do opracowania proekologicznego modelu precyzyjnego żywienia wysoko wydajnych krów mlecznych w robotach udojowych.

Komunikaty dla konsumentów: Operacja przyczyni się do zapewnienia stabilnej produkcji wysokiej jakości mleka - cennego składnika diety człowieka. Ważnym czynnikiem ograniczającym hodowlę i chów bydła mlecznego a tym samym produkcję mleka w najbliższych latach będzie negatywnie postrzeganie przez potencjalnego konsumenta na niekorzystne oddziaływanie zwierząt przeżuwających na środowisko naturalne - emisja amoniaku, metanu i dwutlenku węgla. Opracowanie innowacyjnej technologii opartej na bieżącej analizie składu chemicznego mleka, sensorów pomiaru gazów fermentacyjnych online w połączeniu z automatycznym mikrodozowaniem dodatków paszowych w robotach udojowych pozwoli równocześnie na ograniczenie negatywnego oddziaływania zwierząt przeżuwających na środowisko naturalne oraz wzrost indywidualnej wydajności mlecznej i laktacyjnej o około 20-30%. W krajach rozwiniętych, do których należy Polska, w coraz większym stopniu doceniana jest jakość żywności. W wyniku operacji planuje się pozyskiwanie doskonałej jakości mleka o ustalonych i przebadanych parametrach fizykochemicznych. Taki produkt może być oferowany konsumentom na rynku krajowym lub być intratnym towarem eksportowym na rynki wielu krajów Europy i świata. Szerokie wdrożenie rezultatów operacji w innych regionach kraju może skutkować uzyskaniem w dalszej perspektywie znaków jakości jak również wprowadzenie i promowanie nowych certyfikatów produktów wyprodukowanych w gospodarstwach przyjaznych dla środowiska naturalnego. 

Operacja przyczyni się do tworzenia pomostów między najnowszą wiedzą badawczą i technologią a rolnikami, przedsiębiorcami i usługami doradczymi. Ponadto, zastosowanie w opracowanym precyzyjnym modelu żywienia krów mlecznych pomiaru zaplanowanych wskaźników online i systemu IoT umożliwi precyzyjny monitoring zwierząt i zarządzenie stadem, a także poprawę dobrostanu zwierząt, co przyczyni się do wzrostu wyników produkcyjnych i produkcję mleka o wysokiej wartości odżywczej. Uzyskanie powyższych wskaźników i celów jest realne w warunkach współpracy podmiotów tworzących grupę operacyjną MilkOnLine. Grupa MilkOnLine jest stworzona pod kątem optymalizacji efektów: praktyka w hodowli, połączona ze sferą naukowo-badawczą oraz profesjonalnym doradztwem. System IoT zastosowany w operacji wpisuje się w nowoczesne trendy produkcji rolniczej opartej na wiedzy z wykorzystaniem innowacyjnych metod organizacji i marketingu.