На фото декан факультета материаловедения и металлургических технологий ЮУрГУ Геннадий Михайлов
В рамках проекта по повышению конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров «5-100» ЮУрГУ представит «дорожную карту». Среди прорывных направлений исследований университета (наряду с суперкомпьютерным моделированием, исследованием механизмов стресса и средства защиты от астероидов) является сохранение природы.
Нарушение экологического равновесия – глобальная проблема человечества на сегодняшний день. Ученые ЮУрГУ уже не первый год работают над ее решением. Их исследования определенно можно назвать успешными и способными решить одни из самых актуальных экологических проблем.
Несомненно, в течение долгого времени 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. Кроме того, 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 радионуклиды и нейтрализовать вредное воздействие тяжелых металлов, превратившись в так называемый инертный 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 прошел испытания в экспериментальных условиях 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 факультета материаловедения и металлургических технологий ЮУрГУ (Физико-металлургический факультет), заведующий кафедрой физической химии. - У нас уже есть небольшие успехи. Не так давно было необходимо понизить уровень a-излучения в источнике, который находился в поселке Смолино. Мы применили нашу разработку. Находившееся в источнике микроколичество радиоактивных веществ наш сорбент моментально поглотил. Также мы сняли загрязнение в нескольких скважинах Магнитогорска, где в воде было обнаружено, в частности, большое количество катионов железа».
Еще одним неоспоримым плюсом изобретения, по словам Геннадия Георгиевича, является его невысокая стоимость:
«Нашими разработками заинтересовался комбинат “Магнезит”, у них в качестве отходов есть компоненты, которые могут лечь в основу сорбента. Таким образом, производство сорбента станет совсем недорогим. Мы все время работаем, немного меняя состав, добиваемся большей емкости и большей стабильности...»
Сейчас основная задача ученых заключается в создании лабораторно-производственного участка для изготовления мелких партий сорбента (несколько тонн). Это позволит им проводить натурные эксперименты сорбента в различных условиях: например, в летнее и в зимнее время. В планах исследователей применить сорбент в Карабаше и, тем самым, заблокировать вредоносный поток, который стекает во время дождей и таяния снега с окрестных гор и шламовых полей в Аргазинское водохранилище.
Другими, не менее значимыми разработками, нацеленными на сохранение природы, занимаются на Химическом факультете ЮУрГУ.
Развитие альтернативной энергетики является перспективным направлением, помогающим 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. Так вот, доля автотранспорта в загрязнении крупных городов около 50%! Конечно, в зависимости от города цифра колеблется в диапазоне от 40-65%. Но нужно учесть, что заводы расположены на краю города и с подветренной стороны, в отличие от машин, которые распределены равномерно. Поэтому создание достойной альтернативы углеводородным источникам энергии будет являться 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 удавалось получить.
Одним из ключевых моментов этой сложной работы является нахождение условий протекания реакции замены серы на селен в молекуле фоточувствительного вещества.
(1).jpg "Декан Химического факультета Вячеслав Авдин")
«Эта реакция позволила увеличить КПД фотосенсибилизатора, оценочно в 3 раза. На деле цифра может измениться, например, на 2,5 или даже 4. Однако даже при возрастании коэффициента хотя бы в 2 раза, улучшение будет значительным! Сейчас существующие элементы обеспечивают здание электричеством только в тех районах, где много света, это, например, южные регионы. Новые фотосенсибилизаторы можно будет использовать и в нашем малоосвещенном регионе», - комментирует Вячеслав Викторович.
Сами фотосенсибилизаторы - только основа разработки. Для успешного производства ученым предстоит поработать над рядом материалов, из которых можно будет изготовить усовершенствованный солнечный элемент. По словам Вячеслава Авдина, здесь особенно полезным будет опыт коллег из Шотландии и 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. «Обернута» 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 наноструктурированными катализаторами на основе металлооксидных соединений: «Катализаторы такого типа разрабатывались нами несколько лет и у нас есть некоторые успехи. Недавно было определено, что такого типа катализаторы используются для водородной энергетики, то есть в процессе 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 нецелесообразным.
Существующий прототип этих катализаторов в Америке, по предварительным оценкам ученых в 10 раз снижает затраты на электролиз воды.
По словам Вячеслава Викторовича, синтезировать сами катализаторы не составило большого труда для наших ученых, однако теперь необходимо получить электрохимическую ячейку и оценить эффективность снижения расхода электроэнергии на электролиз.