Челябинская область прочно занимает последние места в экологических рейтингах. Постоянный смог, новости о выбросах от предприятий, загрязнении водоемов, пейзажи с многочисленными карьерами и отвалами отработанных пород уже никого не удивляют. Но ученые ЮУрГУ не хотят мириться с этим. В вузе разрабатываются новые способы борьбы с экологическими проблемами, актуальными не только для Южного Урала, но и всего мира.
В рамках Проекта 5-100 по повышению конкурентоспособности российских университетов среди ведущих мировых научно-образовательных центров ЮУрГУ представил прорывные направления исследований. Наряду с суперкомпьютерным моделированием, исследованием механизмов стресса и средств защиты от астероидов является сохранение природы. Ученые ЮУрГУ не первый год работают над решением проблемы нарушения экологического равновесия.
Спасательный круг из сорбента
Челябинская область является промышленным регионом, в котором сосредоточено большое количество предприятий. Серьезный урон природе наносит добыча металлов из руд. Например, особенно остро эта проблема стоит в Карабаше, где 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.
Ученые ЮУрГУ под руководством доктора технических наук, сотрудника Института естественный и точных наук ЮУрГУ Геннадия Михайлова разработали уникальный сорбент. Он 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. Более того, он может находиться в воде или почве сколько угодно времени, подобно обыкновенной речной гальке.
«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», – поясняет Геннадий Михайлов.
Сорбент уже успешно прошел испытания в экспериментальных условиях лаборатории, а также на некоторых реальных объектах. «У нас уже есть небольшие успехи. Необходимо было 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», – рассказывает ученый.
Еще одним неоспоримым плюсом изобретения, по словам Геннадия Михайлова, 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»
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.
Энергетическая «обертка»
Другими, не менее значимыми разработками, нацеленными на сохранение природы, занимаются на Химическом факультете Института естественных и точных наук ЮУрГУ.
Развитие альтернативной энергетики является перспективным направлением, помогающим существенно сократить зависимость от невозобновляемых ресурсов и уменьшить загрязнение атмосферы. «Мне часто задают вопросы о негативном влиянии выбросов с заводов на атмосферу. Так вот, доля автотранспорта в загрязнении крупных городов около 50%, – приводит данные доктор химических наук, профессор Вячеслав Авдин. – 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».
Ученые ЮУрГУ работают над созданием солнечных батарей нового поколения, для этого в вузе совместно с московским Институтом органической химии 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. «Эта реакция позволила увеличить КПД фотосенсибилизатора, оценочно в три раза. На деле цифра может измениться, например, на 2,5 или даже 4. Однако даже при возрастании коэффициента хотя бы в два 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 Авдин.
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, размеров и дизайна. Такую «обертку» можно сделать целому зданию или автомобилю, чтобы не заправлять его бензином и не отравлять воздух.
Недорогой водород
Еще одно направление работы Химического факультета 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», – говорит 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 Авдина, синтезировать сами катализаторы не составило большого труда для наших ученых, однако теперь необходимо получить электрохимическую ячейку и оценить эффективность снижения расхода электроэнергии на электролиз.
