Как российские ученые помогают планете выжить

Ядерная и водородная энергетика, мониторинг эмиссии углерода и методы его переработки, электромобили, создание экологичных технологий в нефтегазовой инфраструктуре — все эти направления активно развиваются в российских университетах для более быстрого перехода нашей страны к зеленой экономике. «Ъ-Наука» побеседовал с представителями вузов о том, как российские ученые помогают планете.

Денис Козулин, директор Института химии и экологии Вятского государственного университета, руководитель стратегического проекта «Среда обитания» программы «Приоритет 2030»:

— Наибольшие успехи нами уже достигнуты в разработке стеклогерметиков — материалов для герметичного соединения твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) в батарее, которые используются для получения электроэнергии. Во-первых, нами получены новые стеклообразные материалы для герметизации, по ряду своих характеристик превосходящие серийные образцы продукции, которая производится в Германии, США, Японии и других странах, лидирующих на рынке электрохимических генераторов энергии. Во-вторых, нам удалось продумать и реализовать в лабораторных условиях полный цикл изготовления изделий, позволяющий в дальнейшем проводить сборку батарей ТОТЭ уже в промышленных масштабах с максимальной скоростью и надежностью. Цикл включает получение стекол, изготовление стеклополимерных композиций и формование готовых деталей с использованием различных методов, в том числе 3D-печати.

Сейчас максимальные усилия мы сосредоточили на создании технологии изготовления токовых коллекторов (интерконнекторов) ТОТЭ, обеспечивающих максимально эффективный токосъем. Для решения этой задачи мы ориентируемся на отечественные материалы, в том числе серийные марки стали: при использовании правильных подходов к организации защитных покрытий они вполне могут стать основой получения изделий с требуемыми характеристиками.

Данис Нургалиев, проректор по направлениям нефтегазовых технологий, природопользованию и наук о Земле Казанского федерального университета:

— Сегодня в КФУ ведутся работы сразу в нескольких направлениях. Например, уже создан прототип биотехнологической (с использованием зеленых микроводорослей) системы улавливания углекислого газа из промышленных выбросов. Выявлены виды микроводорослей, обладающие наибольшей эффективностью улавливания, а также продуцирующие наибольшее количество биомассы, белков и липидов. Также мы создали инновационные 2D-наноматериалы, которые продемонстрировали электрокаталитическую активность в процессах расщепления воды и восстановления углекислого газа.

В сфере создания приборов для мониторинга парниковых газов выявлены широкие перспективы фторидных разупорядоченных кристаллов, а также керамических материалов на основе иттрий-скандиевого граната. Совместно с МГУ имени Ломоносова создан лабораторный образец на кристалле LiYF4:Er, генерирующий лазерное излучение с перестройкой длины волны. По мнению экспертов Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ, реализация целевой модели будет способствовать созданию новых высокотехнологичных зеленых бизнесов в области хранения углерода экосистемами.

В сфере нефтедобычи мы постоянно ищем новые способы снижения нагрузки на экологию. В результате лабораторных исследований уже показала высокий потенциал новая более экологичная технология совместной закачки пара и СО2 при разработке залежей сверхвязкой нефти методом парогравитационного дренирования, созданная совместно с компанией ПАО «Татнефть».

Также для уменьшения углеродного следа при добыче и переработке высоковязкой нефти разрабатывается технология каталитической утилизации СО2, что позволяет существенно снизить температурный порог реакции разрушения смол и асфальтенов и повышает рентабельность процесса.

Наши ученые высоко оценили потенциал применения технологии внутрипластового горения нефти для месторождения тяжелой нефти с попутным получением водорода и получили оптимальные условия генерации водорода.

Все работы ведутся в рамках стратегического проекта КФУ «Российский энергетический переход: баланс природного потенциала и глобальных трендов», поддержанного грантом программы Минобрнауки России «Приоритет 2030».

Олег Баулин, ректор Уфимского государственного нефтяного технического университета:

— Наш стратегический проект «Создание технологий углеродных материалов и водорода» имеет ценность для решения одной из задач по импортонезависимости. Учеными УГНТУ уже были проанализированы тяжелые нефтяные остатки двух крупных нефтеперерабатывающих комплексов и предложены технологии по их квалифицированной переработке. В рамках развития научной школы по данному направлению в Уфе был открыт Центр водородно-углеродных технологий. Здесь планируется как развитие имеющихся научных компетенций, так и подготовка кадров для промышленных партнеров.

Еще одна актуальная задача из сферы зеленой энергетики — развитие станций быстрой зарядки. Электромобильная промышленность сегодня активно развивается. Российский парк электрокаров также растет. А вот зарядных станций мало, и почти все они медленно заряжают авто — четыре-шесть часов. Это одна из причин того, что люди не могут отказаться от классических двигателей внутреннего сгорания. Но ХХI век — век декарбонизации, и нам придется решать проблему выбросов углекислого газа и углеводородов в окружающую среду, в том числе это касается и выхлопов автомобилей. Поэтому сотрудники нашего вуза разработали устройство на основе многофункционально интегрированного электромагнитного компонента (МИЭК), которое позволит усовершенствовать существующие системы быстрой зарядки электромобилей, что обеспечит их повышенную надежность и безопасность при эксплуатации. Интеграция емкостных и индуктивных элементов в едином компоненте позволяет повысить надежность устройства, собранного на основе МИЭК, и снизить его массогабаритные показатели.

Дмитрий Чуркин, доктор физико-математических наук, проректор по научно-исследовательской деятельности Новосибирского государственного университета:

— Климатический центр НГУ активно разрабатывает стратегии управления углеродным балансом территорий. Первым шагом этого является точное понимание текущего состояния. Совместно с администрацией Новосибирской области наши ученые рассчитали углеродный баланс области и выявили сектора промышленности, дающие основной вклад в эмиссию.

Следующим шагом является разработка технологий по уменьшению эмиссии и увеличению поглощения парниковых газов. Мероприятия по снижению эмиссии связаны с переходом на новые менее энергоемкие производственные технологии и перестройку на мощности с уменьшенным углеродным следом.

Увеличить поглощение парниковых газов возможно в природных управляемых экосистемах (леса, болота и т. д.). На основе детального изучения состава экосистем, в том числе с помощью БПЛА, нами сейчас строится цифровая карта управляемой территории, чтобы более точно рассчитать секвестрационный потенциал региона.

Николай Рогалев, ректор НИУ МЭИ:

— Разработки ученых университета уже давно активно используются при внедрении энергосберегающих технологий в инфраструктуру мегаполисов. В рамках программы «Приоритет 2030» в НИУ МЭИ реализуется стратегический проект «Климатическая трансформация энергетической отрасли», направленный на формирование стратегии развития зеленой энергетики. Модель электропотребления зданий, разработанная нашими учеными в 2022 году, используется для построения интеллектуальных систем электроснабжения в городах и внедрения концепции «умного» дома, что создает условия для эффективного управления потреблением энергоресурсов в мегаполисах. Сотрудниками НИУ МЭИ также создана программа, которая позволяет определять технико-экономическую целесообразность внедрения различных вариантов модернизации системы теплоснабжения объекта.

Подготовила Мария Грибова