В рамках проекта по повышению конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров 5-100 ЮУрГУ представит «дорожную карту». Среди «прорывных» направлений университета наряду с суперкомпьютерным моделированием, исследованием механизмов стресса и средства защиты от астероидов является решение экологических проблем.
Нарушение экологического равновесия — глобальная проблема человечества сегодня. Ученые ЮУрГУ уже не первый год работают в этом направлении. Их исследования определенно можно назвать успешными и способными решить одни из самых острых экологических проблем.
Несомненно, уже долгое время деятельность промышленных предприятий оказывает ощутимое негативное воздействие на экосистему, в частности на качество воды и почвы. Серьезный урон гидро и литосфере наносит добыча металлов из руд. Например, особенно остро эта проблема стоит в Карабаше, здесь при производстве меди в большом количестве выделялись такие вещества, как производные свинца, мышьяка, серы и самой меди. Отметим, что они накапливаются в организме человека и животных. В итоге город столкнулся с большой экологической проблемой: серьезное загрязнение воздуха и почвы, а также реки, водоемов и подземных вод.
Сорбент, созданный в ЮУрГУ, представляет собой вещество, способное поглотить радиоактивное излучение и вредное воздействие тяжелых металлов, превратившись в так называемый неинертный минерал, который не будет представлять опасности для окружающей среды и сможет находиться, например, в воде любое количество времени подобно обыкновенной речной гальке. Сорбент позволяет обеззараживать как воду, так и почву он уже успешно показал себя в экспериментальных условиях в лаборатории, а также на некоторых реальных объектах.
«Сейчас мы фактически разработали основные компоненты, которые будут входить в этот сорбент. Мы выявили еще одно свойство этого сорбента: возможно сделать так, чтобы он не утонул. Это позволит снимать маслянистую пленку на поверхностях водоемов», — рассказывает Геннадий Михайлов, доктор технических наук, декан физико-металлургического факультета ЮУрГУ, заведующий кафедрой физической химии:
«У нас уже есть небольшие успехи. Однажды нам было необходимо понизить уровень α-излучения в источнике, который находился в поселке Смолино. Мы применили нашу разработку. Находившееся в источнике микроколичество радиактивных веществ сорбент моментально поглотил. Также мы сняли загрязнение в нескольких скважинах Магнитогорска, где в воде было обнаружено, в частности большее количество катионов железа.»
Еще одним неоспоримым плюсом изобретения является его невысокая стоимость:
«У комбината „Магнезит“, который нами заинтересовался, в качестве отходов есть компоненты, способные лечь в основу сорбента. Таким образом производства сорбента станет совсем недорогим. Мы все время работаем, немного меняя состав, добиваемся большей емкости и большей стабильности...»
По словам Геннадия Георгиевича, сейчас основная задача заключается в создании лабораторно-производственного участка для изготовления мелких партий сорбента (в несколько тонн). Это позволит ученым проводить натурные эксперименты сорбента в различных условиях: летнее и зимнее время, на воздухе и так далее. В планах, применить сорбент в Карабаше и тем самым заблокировать вредоносный поток, который стекает с окрестных гор и шламовых полей территории в Аргазинское водохранилище.
Следующими не менее значимыми разработками в пользу сохранения природы занимаются на химическом факультете ЮУрГУ.
Развитие альтернативной энергетики является перспективным направлением, способным существенно сократить зависимость от невозобноляемых ресурсов и уменьшить загрязнение атмосферы:
«Мне часто как заведующему кафедрой экологии задают вопросы о негативном влиянии выбросов с заводов на атмосферу. Хотя доля автотранспорта в загрязнении крупных городов около 50%! Конечно, в зависимости от города цифра колеблется в диапазоне от 40-65%. Нужно учесть что заводы расположены по краям города и с подветренной стороны, в отличие от машин, которые расположены равномерно. Поэтому альтернатива нефти будет является значительным экологическим улучшением!» — рассказывает доктор химических наук, декан химического факультета профессор Вячеслав Авдин.
Ученые работают над созданием солнечных батарей нового поколения, для этого в ЮУрГУ совместно с Институтом органической химии (г. Москва) синтезируют новые фотосенсибилизаторы, которые раньше не удавалась получить.
Одним из ключевых моментов этой сложной работы является замена серы на селен:
«Эта реакция позволила увеличить КПД(коэффициент полезного действия) фотосенсибилизатора оценочно в 3 раза. На деле цифра может измениться, например 2,5 или даже 4. Однако даже при возрастании коэффициента хотя бы в 2 раза, улучшение будет существенным! Сейчас существующие элементы обеспечивают здание электричеством только в тех районах, где много света, например южные регионы. Новые фотосенсибилизаторы можно будет использовать и, например, в нашем мало освещенном регионе» — комментирует Вячеслав Викторович.
Сами фоотосенсибилизаторы — только основа разработки. Для успешного производства ученым необходимо продумать еще ряд продуктов из которых можно будет изготовить усовершенствованный солнечный элемент. По словам Вячеслава Авдина, здесь привлекутся возможности коллег из Великобритании, которые уже заинтересованы в данной разработке.
Особенностью фотоэлементов нового типа будет их пластичность. По задумке ученых, им можно будет придать любую форму, а значит легко вмонтировать в любой объект, учитывая особенности конструкции, размеры и дизайна. «Обернуто» в светочувствительную форму может быть как шариковая ручка, так и целое здание.
Внедрение такого типа энергетики будет недорогим и аналогов этой технологии пока не существует.
Второе направление связано с структурированными катализаторами на основе металлооксидных соединений:
«Катализаторы такого типа разрабатывались нами несколько лет и у нас есть определенные успехи. Недавно было определено что такого типа катализаторы используются для водородной энергетики. То есть, процессы электролиза воды с образованием водорода» — рассказывает Вячеслав Авдин.
Суть заключается в том, что разработка значительно сэкономит затраты и конечную стоимость получаемого водорода в сравнении с традиционным способом, где производство водорода выходило настолько дорогим, что его использование для получения энергии было нецелесообразно.
Существующий в Америке прототип этих катализаторов по предварительным оценкам ученых оказался в 10 раз менее затратен.
По словам Вячеслава Викторовича, синтезировать сами катализаторы большого труда для наших ученых не составило, однако теперь необходимо получить саму электрохимическую ячейку и оценить эффективность реакции.