До последних опилок
В будущем хорошо бы обойтись без отходов
Сегодня в мире правит ископаемое сырье – нефть, уголь, газ. Из-за них устраивают войны, накладывают санкции, придумывают союзы и пакты. Но так будет не вечно. Природа занялась заготовкой ресурсов тысячелетия назад, а люди только последние века учатся рационально ими распоряжаться. Но проблема в том, что запасы подземных кладовых не беспредельны. Где-то они закончатся лет через 30, где-то – через 50 (любой прогноз не оптимистичен), и наши потомки ощутят острую нехватку сырья, из которого можно сделать топливо, разные химические материалы, получить энергию. Что тогда?
На этот вопрос ищут ответ многие исследовательские группы, в том числе в Институте органической химии им. Н.Д.Зелинского (ИОХ) РАН. Конкретно – сотрудники лаборатории академика В.П.Ананикова, где мой собеседник Богдан КАРЛИНСКИЙ, ведя исследования по аспирантскому гранту РФФИ, только в этом году опубликовал статьи в двух журналах с высоким импакт-фактором (ACS Catalysis с ИФ = 12.35 и ChemSusChem с ИФ = 7.96). Тема – замена ископаемого сырья растительным.
– Ведь трав, кустарников, лесов на Земле тьма. Взял выращенное – посадил новое, конверсия возобновляемой биомассы, – увлеченно говорит он, пытаясь простыми словами объяснить журналисту суть своей фундаментальной темы.
– Ну, защитники природы с вами поспорят, ибо недальновидно изводить леса, – упираюсь я, вспоминая экологов.
Но Карлинский стоит на своем: «В том-то и дело, что нет нужды рубить живые рощи, годится любое сырье, имеющее в клетках целлюлозу: древесные опилки, кора, шелуха подсолнечника, шкурки орехов, в том числе кокосовых, стебли бамбука, картофельные очистки… Сейчас это – производственные отходы, которые надо где-то закопать, сжечь, извести, убрать, чтобы не мешали, не гнили. А мы видим в них ценное сырье, из которого можно получать субстраты, годные стать основой будущей химической промышленности».
У Б.Карлинского – диплом Кемеровского госуниверситета, а это значит, что он – из тех, кто собственными глазами видел, как важно засадить Землю лесами, а не утыкать терриконами. После вуза он раздумывал, куда дальше: идти в аспирантуру Новосибирского, Казанского или Московского университетов, но тут прослышал про возможность подать заявку в лабораторию академика РАН Валентина Ананикова в ИОХ. Мол, там начинают работать над новым проектом, набирают молодежь. Богдан отправил резюме, и вскоре Валентин Павлович позвонил ему и позвал на собеседование. Б.Карлинский прилетел в Москву и был принят. Довольно быстро включился в работу, а тут РФФИ открыл конкурс для аспирантов второго года обучения, имеющих хотя бы одну приличную публикацию. Анаников поддержал: подавай, лаборатория людьми тебя поддержит! Выиграл больше миллиона рублей на двухгодичную работу по тематике диссертации.
– Мы изучаем способы модифицирования перспективных фурановых субстратов, – углублялся в родную тему Богдан Янович. – Молекулу бензола ведь знаете – 6 атомов углерода, соединенных в кольцо? Молекула фурана – пятичленный цикл, где вместо одного атома углерода находится атом кислорода. Производные фурана легко получить из полисахаридов, крахмала, глюкозы, фруктозы, а потом – и это уже проблема – их как-то надо модифицировать, вводя в них новые функциональные группы. Чтобы из простых известных соединений получить более сложные, многообещающие, которые дальше могут стать фармпрепаратами или «кирпичиками» для производства полимеров. За эту перспективность фурановые соединения носят название «соединений-платформ», потому что химическая, энергетическая промышленность будущего станет на них опираться, базироваться, как сейчас, на бензоле, толуоле. Но модифицировать эти «платформы» трудно – они не очень устойчивые, чуть что, разрушаются. А чтобы ввести в них новые функциональные группы иногда приходится применять жесткие меры: высокие температуры, сильные кислоты или щелочи. То есть все время надо балансировать, искать золотую середину. В нашей последней опубликованной работе, которая выполняется как раз по гранту РФФИ, мы рассказали, что сумели подобрать такую каталитическую систему, которая позволяет в молекулу фуранового субстрата с достаточно высоким выходом ввести новый заместитель, не разрушая ценное «соединение-платформу». Наверняка методика в дальнейшем, если получится ее оптимизировать, пригодится промышленности. Конечно, это – предмет для дальнейших исследований, но такие работы – шажок на пути к возобновляемой химической промышленности и в сторону от нефтяной иглы.
– Чем ваша работа интересна коллегам за рубежом?
– Она сделана на мировом уровне, не зря была признана Американским химическим обществом. Все вещества, которые мы получили, новые, ранее не были синтезированы. А главное – реакция протекает по достаточно интересному механизму. Если не вдаваться в детали, можно сказать, что благодаря современному оборудованию мы понимаем физикохимию процессов. Пусть мы пока не можем на видео записать, как молекулы взаимодействуют друг с другом, но, используя квантово-химический расчет, можем отобразить, смоделировать путь происходящей реакции. И это квантово-химическое объяснение – важная, признанная зарубежными коллегами часть нашего исследования. Еще одно подтверждение для того механизма, который мы предлагаем в своей работе. Ведь часто ученые говорят: мы полагаем, что реакция идет вот по такому пути, и пишут предлагаемую цепочку. А вот когда вы кроме формул подтверждаете свои предположения расчетами, достоверность и важность таких исследований сильно растет.
– А эти цифры – путь к производству? Грубо говоря, сколько чего взять, чтобы на выходе что-то новое получилось?
– Я имею в виду не экономические расчеты, а энергетические: если мы знаем, что одна молекула взаимодействует с другой, поглощая либо выделяя энергию, можно понять, будет ли процесс энергетически выгодным или затратным. Если в предполагаемом механизме реакции есть стадия, требующая очень высоких затрат энергии, это термодинамический барьер, который мы перешагнуть не в силах. А в нашей работе мы предлагаем механизм, у которого термодинамический барьер невелик.
– Если рассматривать ваш механизм применительно к российскому сырью, оно дорого обойдется?
– Недорого, мы ведь говорим о целлюлозосодержащих отходах, из которых можно добыть ценные и полезные фурановые производные. И мы верим, что, может, через 5, может, через 20 лет мы будем способны перейти к абсолютно безотходному производству. Тогда перестанем засорять землю, количество отходов сократится до минимального.
– То производство, которое может съедать эти отходы, очень сложное? Или их можно ставить, как грибоварни, везде, где есть потребность? Все имеет смысл, если может облегчить, а не усложнить жизнь…
– Я не думаю, что это потребует затрат больших, чем сейчас, на возведение нефтеперерабатывающих производств. А если вы очищаете землю, то улучшается экология. Концепция устойчивого развития, в рамках которой мы работаем, предполагает постепенный отход от нашего потребительского отношения к природе. Какие-то затраты неизбежны, чтобы завод для конверсии биомассы работал: потребуются вода, электричество, останутся какие-то неизбежные отходы. Мне кажется, по производственным затратам это, конечно, не грибоварня или сыроварня, но и не нефтеперерабатывающий завод. Но мы больше занимаемся фундаментальными исследованиями.
– Много народа к ним привлечено?
– Конкретно к тематике конверсии биомассы? Человек пять, включая меня. А вообще лаборатория уделяет много внимания не только зеленой химии, у нас широкий охват тем, и мы стараемся заниматься самыми интересными проектами.
– Что будет считаться успехом аспирантского гранта РФФИ?
– Кроме публикаций непременно надо, чтобы была подготовлена диссертация по теме функционализации фурановых «платформ», и ее к рассмотрению должен принять соответствующий диссертационный совет. То есть цель гранта – помочь молодому ученому перешагнуть рамки аспирантуры, выйти в полноценную научную деятельность. На собственном примере я понимаю, что грантовая поддержка РФФИ дает мощнейший толчок для развития и реализации наших научных идей и проектов. Поэтому для меня совершенно ясно, что поставленная цель точно будет достигнута.
Елизавета ПОНАРИНА
Источник: ПОИСК