В поисках новой энергии

13 декабря 2017 г.

В том и состоит главная ценность открытий,
что они, как правило, непредсказуемы.
В.А. Энгельгардт

Сегодня перед учеными стоит важная задача — раскрыть все возможности химии в создании инновационных материалов для различных отраслей: энергетики, машиностроения, фармацевтики, медицины, экологии и т.д. Об исследованиях в этих областях, которые проводятся в рамках Союзного государства, рассказывают ученые из Новосибирска и Минска.

Интересы России и Беларуси пересекаются в области новой энергетики

Одно из современных направлений в каталитической химии — поиск более эффективной энергетики нового типа. Подобные исследования идут во многих странах мира, в том числе большое внимание развитию этого направления уделяют российские
и белорусские ученые. О текущих совместных проектах и перспективных исследованиях в этой области нам рассказал директор Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН доктор химических наук, профессор, академик РАН Валерий Иванович Бухтияров.

— Валерий Иванович, какие проекты с белорусскими химиками есть у Института катализа?
— У нашего института с белорусскими коллегами сейчас три научно-исследовательских проекта. Они рассчитаны на 2016–2018 гг. Первый из них — «Разработка каталитического генератора высокочистого водорода для автономного зарядного
устройства на основе топливных элементов», который мы выполняем совместно с Институтом тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова НАН Беларуси; с белорусской стороны проектом руководит доктор технических наук В.Г. Минкина. Использование
водорода в качестве энергоносителя требует решения важной задачи, связанной с созданием компактной системы его хранения и генерации, так как при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении водород представляет собой газ с очень низкой удельной плотностью. Перспективными источниками водорода для компактных топливных элементов считаются генераторы водорода на основе каталитического гидролиза боргидрида натрия. Главный элемент конструкции такого генератора — каталитический реактор. Мы предложили оригинальную конструкцию каталитического блока для проточного реактора, заполненного гранулами катализатора, и уже получили первые положительные результаты.
Второй проект — «Разработка научных основ жидкофазной каталитической переработки лигнинов в ценные химические продукты и компоненты моторных топлив». С белорусской стороны наши партнеры — Институт химии новых материалов НАНБ и доктор химических наук, профессор, академик НАНБ В.Е. Агабеков. Лигноцеллюлозная биомасса (древесные и сельскохозяйственные отходы) — единственная реальная альтернатива ископаемым видам сырья. Один из трех основных
компонентов биомассы — лигнин — имеет, в отличие от гемицеллюлоз и целлюлозы, наиболее сложное химическое строение и наименее востребован из всех продуктов существующих в России и Беларуси целлюлозно-бумажных и гидролизных производств. Разработка новых каталитических методов переработки лигнинов позволит решить проблему существующих производств и откроет перспективы создания интегрированных энерго- и ресурсосберегающих технологий экологически чистой каталитической переработки лигноцеллюлозного сырья в топливо и компоненты топлива, сырье для химической промышленности, растворители и т.д.
— В других странах ведутся такие разработки?
— Да, это мировой тренд. Сегодня в развитых странах мира идут работы по разработке методов использования растительного сырья для производства топлива и химических продуктов.
Третий проект Института катализа с белорусскими коллегами — «Разработка и исследование нанокомпозитных структурированных катализаторов и каталитических мембран на основе ячеистых материалов из аморфного углерода». Он выполняется совместно с Институтом порошковой металлургии НАНБ. В рамках проекта удалось получить новые структурированные теплопроводные ячеистые носители на основе аморфного углерода с защитными металлоксидными слоями (Ni-корунд). Мы изучили также их термохимическую, коррозионную устойчивость в различных средах — окислительной и восстановительной, разработали процедуры нанесения нанокомпозитных активных компонентов различного состава на такие ячеистые планарные носители. Это обеспечивает их равномерное пространственное распределение и термофизическую совместимость. Для наиболее перспективных нанокомпозитов мы определили условия формирования функционально структурированных слоев с пространственно-градиентным составом, текстурой и реальной структурой, нанесенных на пеноносители, а также изучили зависимость термофизических, транспортных, электрохимических и каталитических характеристик получаемых функционально структурированных материалов от их состава, текстуры и микроструктуры.
Это краткие результаты нашего сотрудничества. Все три проекта так или иначе связаны с энергетикой, поиском новых видов топлива.
— Три проекта — это много или мало?
— Сотрудничество с Беларусью могло быть и шире, но, к сожалению, направление каталитической химии там не так популярно и развито, как в России. Бывший директор нашего института, председатель СО РАН академик В.Н. Пармон обращался к белорусской стороне с предложением усилить образовательный компонент в нашем взаимодействии. Мы готовы принимать белорусских студентов в магистратуру и аспирантуру Новосибирского национального исследовательского государственного университета (НГУ), где есть кафедра катализа. Студенты этой кафедры как раз работают на оборудовании Института катализа. Но пока никаких практических шагов для этого предпринято не было.
— Как считаете, почему?
— Помимо договоренностей между институтами должна быть заинтересованность еще и самой молодежи. Ехать из Республики Беларусь в Сибирь далеко и, может быть, страшно. Здесь работает такая поговорка: «Дальше Сибири не сошлют».
У нас есть предложение развивать программу взаимных стажировок студентов, аспирантов, молодых специалистов, чтобы повышать качество подготовки научных кадров, помогать закрепиться молодежи, способствовать дальнейшей интеграции фундаментальной науки России и Беларуси.

— Какие перспективы в работе с белорусскими коллегами вы видите?
— Все те проекты, которые я перечислил, касаются создания эффективной энергетики нового типа. Конечно, Беларусь и Россия заинтересованы в том, чтобы эти проекты развивались. В этом направлении мы и будем дальше вести сотрудничество и расширять его. Это большой пласт работ. Поэтому хотелось бы, чтобы эти проекты были поддержаны в рамках Союзного государства. Сейчас при Союзном государстве создана рабочая группа, которая рассматривает научно-технические проекты, интересные для обеих стран. Белорусские коллеги даже упрекают нас в том, что мы не очень активно работаем с этим
инструментом.
— С чем это, на ваш взгляд, связано?
— Хотя бюджет и общий, но белорусские коллеги отвечают за белорусскую часть исследования и ее финансируют, а российскую часть, соответственно, должна финансировать Россия. И если в Беларуси этот формат работает достаточно хорошо — проекты согласовываются и получают финансирование, то у нас система пока не налажена. С другой стороны, есть Российский научный фонд, который выделяет достаточно серьезные деньги на проведение исследований, в том числе и гранты на двусторонние международные работы. Например, сейчас объявлен конкурс для научных коллективов из России и Германии. В принципе, это хороший инструмент сотрудничества. Мне кажется, что Россия и Беларусь также могли бы организовать специализированный конкурс грантов РНФ на проведение совместных исследований по приоритетным тематикам.
Но здесь еще одна проблема: надо определиться с научно-техническими приоритетами обоих государств. В нашей стране, например, в прошлом году была принята Стратегия научно-технологического развития РФ, в которой определены девять приоритетных направлений. Нужно посмотреть, какие приоритеты НТР у Беларуси, чтобы найти области, в которых сотрудничество интересно обеим странам, и развиваться дальше.

Беседовала Дарья Золотухина

Химия грез и действительности

О том, какие исследования в области нефтехимии сегодня проводятся в Беларуси и как они перекликаются с разработками сибирских ученых, рассказывает директор Института химии новых материалов доктор химических наук, профессор, академик НАНБ Владимир Енокович Агабеков.

— Как в Беларуси обстоят дела с химией?
— В последние 20 лет химия в Республике Беларусь развивается стремительно. Химическая промышленность стала одной из наиболее наукоемких отраслей по темпам обновления технологий. Создаются крупные международные химические парки, корпорации, компании, холдинги, имеющие мощную научную и опытно-производственную базу. Самая актуальная проблема сегодя — создание принципиально новых технологических процессов, экологически чистых, безотходных, с замкнутым циклом. Президент Республики Беларусь поставил задачу поднять уровень нефтехимии в стране, определить перспективы развития нефтехимического комплекса, и мы этим занимаемся.
— И как это будущее вам видится?
— Беларусь — это своеобразный «сборочный цех». Одним из приоритетных направлений научной и научно-технической деятельности здесь должна стать разработка технологий создания продуктов малотоннажной химии. Катализаторами
развития белорусской химической промышленности должны выступить малотоннажные производства. Они ориентированы на выпуск принципиально новой продукции и смогут не только выпускать инновационные изделия, но и поставлять крупным предприятиям различные добавки, которые позволят придать новые свойства продукции.
— Почему это выгодно?
— Малотоннажные производства гораздо мобильнее, в меньшей степени зависят от сырьевых ресурсов, легче конкурируют на рынке и могут быть переориентированы на выпуск новой продукции. Для выпуска малотоннажной химической продукции можно использовать исходные вещества, полупродукты, целевые продукты и отходы действующих крупнотоннажных химических производств. В последние годы в некоторых научно-исследовательских институтах НАН Беларуси появились научные школы, имеющие серьезный опыт в разработке технологий получения и создании производств различных малотоннажных химических продуктов и функциональных материалов на их основе. Это гибкая система. Догонять в крупнотоннажном производстве очень тяжело. Например, в Могилеве есть завод химволокна по производству полиэтилентерефталата. В 1973 г. это был крупнейший завод в Европе. Затем он начал отставать, поскольку нужно было менять технологию. Делать это непросто, так как производство мощное, для модернизации требуются огромные средства. Почему нефтеперерабатывающие заводы строились в Белоруссии? Был огромный Советский Союз, было сырье, был сбыт продукции. А здесь, ближе к Западу, строили заводы, чтобы быстрее передавать продукцию в этом направлении. Могилев,
Гродно, Мозырь, Новополоцк и т.д. — здесь создавалась большая химия Белоруссии.
— Кстати, весьма успешно.
— Я считаю, что химия и химическая наука у нас на достаточно высоком уровне. Я уже не говорю о калийных комбинатах, производстве удобрений. Но это было не инновационное развитие. Просто комбинаты строились один за другим. Сырья тогда хватало...
— После распада Союза все изменилось?
— Конечно. Нужно ориентироваться на отечественные технологии. Иначе мы будем зависеть от Запада.
— Это сейчас реально?
— Безусловно. Например, наш Институт химии новых материалов разрабатывает инновационные материалы, в том числе наноматериалы, поляризационные пленки, покрытия различного класса и т.д.
— Прикладные исследования?
— Мне кажется, науку нельзя разделять на фундаментальную и прикладную. Фундаментальная наука — это глобальные проблемы: развитие природы, человека, общества, общие закономерности. Надо этим заниматься? Безусловно. Но все зависит от финансового положения страны. Приведу пример. Восемь лет мы сотрудничаем с Саудовской Аравией. Они ведут с нами много фундаментальных работ. Но сейчас они сказали, что им нужно, чтобы наука давала деньги, влияла на экономику. Они хотят больше прикладных работ с конечным результатом. Я считаю, что это правильный подход.
— Вы упомянули Саудовскую Аравию. А что касается сотрудничества с Россией?
— Куда мы без России! Везде и всегда мы работаем вместе. Сотрудничаем с Институтом катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН, с московским Институтом нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева и т.д.
С Институтом катализа нами создан и работает уже больше десяти лет совместный Центр нефте- и лесохимических технологий. За прошедшее время решен ряд задач, связанных с гидроконверсией тяжелых нефтяных остатков и возобновляемого растительного сырья, с каталитическими превращениями целлюлозы и лигнина в ценные химические продукты и углеводороды для моторного топлива и т.п.
— В Беларуси характер отношений науки и государства меняется?
— Ситуация изменилась. Раньше была специализация: химик, физик, механик, ракетчик, конструктор танков и т.д. Сейчас в науке необходим междисциплинарный подход. Вне зависимости от специализации надо работать на конечную цель, будь это создание танка или нового материала. Необходимо создавать исследовательские группы или кластеры из институтов, чтобы они решали ту или иную проблему.
— А кто ее должен определять?
— Государство. Но надо понимать, что средств у государства не хватает. Поэтому нужно, чтобы от науки была какая-то отдача. То есть деньги мы должны зарабатывать сами. Если раньше академические институты были на стопроцентной дотации, то теперь ситуация иная. Да, были прикладные, отраслевые институты, и они вели хоздоговорные работы. Сейчас их нет. Следовательно, теперь это делать должны мы. Сегодня у нас в институте только 25–30% бюджетного финансирования, остальное мы должны зарабатывать сами.
— То есть изменилась вся научно-техническая политика?
— Да, вы правы. Но что именно нужно делать? Для меня примером стал опыт Венгрии. В свое время я там проработал два года в международной лаборатории. Главным направлением было выбрано то, в чем Венгрия особенно сильна, — это несколько типов лекарств, которые позволяют занять лидирующее место на рынке. Нечто подобное надо сделать и нам. От Советского Союза осталось крупнотоннажное производство, и его надо поддерживать, но и развивать другие направления тоже нужно. Например, фармацевтику. В нашем институте мы активно работаем в этой области. Конкурировать с той же Венгрией или Индией сложно, но необходимо. И у нас есть все возможности для этого. За последние лет пять или шесть на рынке уже 50% белорусских лекарств.
— А ваш вклад?
— Мы делаем носители для лекарственных препаратов. Создаем наноматериалы различного назначения. В этой области тесно сотрудничаем с учеными СО РАН. В частности, есть несколько проектов в рамках Союзного государства. И это
вполне естественно, так как со многими известными учеными России у нас не просто партнерские, но дружеские отношения.
— Совместные работы касаются не только фармацевтики?
— Конечно. В нашем институте принят комплексный подход к созданию новых материалов. Мы их делаем для фармацевтики, электроники, нефтепереработки и т.д. В последнее время начали делать материалы по лесохимии. В Белоруссии была очень сильная лесохимия. Было предприятие «Лесохимик». Но оно во времена перестройки оказалось в плачевном состоянии. Выпускали скипидар и канифоль, продавали больше чем по $1 тыс. за 1 т. Однако Китай и Россия выбросили на рынок так много продукции, что цена упала до $400. На этом наш «Лесохимик» и разорился. Теперь его необходимо реанимировать. По-моему, нужно делать вторичные продукты из лесопереработки. Вообще, надо создавать совместные производства. Мы, например, строим калийные комбинаты в России и в Туркменистане.
— А у вас опытное производство есть?
— И не одно. Давно уже делаем смазочно-охлаждающие жидкости. Есть очень сильные и перспективные работы. Сейчас одно из главных направлений — тонкопленочные покрытия.
Недавно появился новый проект. В мире есть порядка 80% тяжелой нефти. Убежден, что еще лет 40 доминировать будет углеводород. У меня возникла идея. В мире добывается 4,5–4,6 млрд т нефти. Из них 1 млрд — 25% — идет в остаток, то есть
в гудрон. 500 млн можно пустить на асфальт, битум, разные материалы для строительства. Что делать с остальными 500 млн? Сжигать? А ведь из них можно извлечь еще дополнительно светлые нефтепродукты, процентов на 20–30 увеличить глубину переработки нефти. Сейчас в Татарстане строят по технологии моего друга и соратника С.Н. Хаджиева опытно-промышленную установку. Я подумал, почему они это делают отдельно от лесохимии, от древесного сырья, от рапса? Из них ведь получают этиловый спирт. Почему не соединить эти процессы? Оказалось, что я не первым это придумал. В Австрии под Веной построена установка, для которой берут тяжелый нефтяной остаток и древесное сырье. Но технология там совсем другая, нежели предлагаем мы. По этой теме защитил кандидатскую диссертацию мой аспирант. Мы уже думаем о дальнейшем: ведь и водоросли можно использовать, другие растения, традиционные для нашей зоны. В общем, перспективы заманчивые, и мы думаем над ними вместе с нашими коллегами из России.
— На сколько лет вперед вы смотрите?
— Лет на восемь-десять, до 2030 г. По моему глубокому убеждению, директор института должен смотреть на перспективу, но и не забывать о требованиях нынешнего дня. Что нужно стране сейчас? Необходимы разработки по новым материалам, которые можно использовать в различных отраслях, в фармацевтике, в медицине. Сегодня нельзя работать над одной проблемой.

Источник: Научная Россия