МИР НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Массовому жителю кажется, что мы вступаем в него незаметно. На самом деле, поиск таких материалов в науке идёт постоянно. Потребность в них настолько велика, что перерывов в этой работе нет. Новый век уже вполне можно назвать временем тотального обновления. Исследователи, которые этим занимаются, есть повсюду. В том числе и в Кемерово. Например, в Институте углехимии и химического материаловедения СО РАН. Это, к примеру, молодой кандидат наук и учёный секретарь института Алексей Петрович Козлов. Он занимается разработкой научных основ синтеза новых углеродных материалов с высокой удельной поверхностью, микропористостью и другими заданными свойствами.
Вот в этом слове «заданными» значительно выражается суть жизни, переживаемой нами сегодня. Мир не устраивает то, что в нем сейчас есть. Ему этого мало. Он всё острее нуждается в том, чего бы ему хотелось. Алексей нам эту потребность объяснил.
— Для начала, — пояснил Алексей Петрович, — скажу, что я окончил Кузбасский государственный технический университет, химико-технологический факультет. Но годом раньше пошел на практику в институт, который тогда назывался Институтом химии углеродных материалов СО РАН. И попал в лабораторию к профессору Евгению Федоровичу Стефогло. Мой курсовой проект был состыкован с работой местного предприятия — КОАО «Азот», которое специализируется на выпуске различных химических продуктов. Суть проекта, который потом перетёк в дипломную работу, если сильно не углубляться в химию, — модернизация технологии получения антиоксиданта, добавляемого в различные резиновые технические изделия (шины, приводные ремни, кабельная резина и др.).
После успешной защиты дипломной работы пришел в институт, чтобы остаться здесь в аспирантуре. Но — увы! — места в ней у профессора Стефогло тогда для меня не оказалось. Меня направили к другому профессору — Николаю Васильевичу Бодоеву. Он и стал руководителем моей научной темы, которая называлась «Химическое модифицирование сапропелитовых углей». Происходят эти угли из водорослей и образуются на дне озёр, в отличие от каменных углей, образующихся тоже из растений, но произрастающих на суше.
— Никогда о них и не слышал, хотя о сапропелях, как об удобрениях, писал, и не раз.
— Наша задача состояла в том, — продолжал рассказ Алексей Петрович, — чтобы путем химического модифицирования сапропелитового угля получить новые и ценные продукты, прежде всего, жидкие углеводороды. Если совсем упрощать, то речь идет о жидком топливе, например, бензине. Но отнюдь не только о нём. Ещё одной не менее, если не более важной задачей исследования являлось получение углеродных материалов, в частности, сорбентов для очистки воды и воздуха. И мы доказали, что из такого угля можно получать углеродные материалы с удельной поверхностью до полутора тысяч квадратных метров.
— Ну и что, простите, в этой цифре должно удивлять?
— А то, что традиционно используемые в промышленности активные угли имеют поверхность не более 500, 600, ну максимум 800 квадратных метров на грамм. А с использованием разработанного нами метода возможно получить угли с поверхностью в разы больше.
— Мне, не химику, а чистому гуманитарию, это не очень понятно. В чем тут плюс?
— Преимущество в том, что при такой высокой поверхности требуется меньше материала для достижения одной и той же цели, а также открывается возможность использования материала в совершенно новых направлениях. К сожалению, далее эта наша работа затормозилась, потому что профессор Н. В. Бодоев по семейным обстоятельствам вынужден был уехать. А я под руководством Чингиза Николаевича Барнакова продолжил работать в лаборатории химии сапропелитовых углей, которою возглавил Юрий Васильевич Рокосов. И года через два защитил диссертацию по этой теме, которая получила дальнейшее развитие: нами был разработан и запатентован способ получения наноструктурированных углеродных материалов из углей и коксов. Потом мы эту методику модифицировали и стали получать материалы из индивидуальных органических соединений, например, из фенола.
Нам удалось добиться ещё более заметных характеристик у получаемых материалов. Их удельная поверхность уже достигала более трёх, трёх с половиной тысяч квадратных метров на грамм. В основном это были микропористые материалы. И их можно использовать в самых разных областях, например, для разделения и хранения различных газов. В частности, эти материалы могут быть использованы и для хранения метана. А он — альтернатива бензину, который используется в массовом порядке в двигателях внутреннего сгорания. С их помощью можно хранить и водород. А водород, как известно, абсолютно экологически чистый вид топлива. При его сгорании получается одна вода. И на нём можно ездить, совершенно не загрязняя атмосферу. Водород здесь можно сжигать в двигателе внутреннего сгорания либо прямо на борту автомобиля направлять в топливный элемент для получения электричества.
— И ездят?!
— Конечно! На самом деле, это мировая проблема. Она заключается в том, чтобы топливный бак (назовем его так условно) для того же водорода имел приемлемые размеры и массу. И чтобы заправки для автомобиля хватало километров на пятьсот. А если заправки хватит, положим, только на двадцать километров, то с ней лучше не связываться — будешь постоянно к ней привязан. Пока не получен материал, который будет отвечать всем современным требованиям. Но различные опытные образцы уже есть, и работа в этом направлении идет широким фронтом. В том числе и у нас.
Другое возможное применение новых углеродных материалов — это использование в качестве электродов для так называемых суперконденсаторов, используемых в качестве источников тока. Суперконденсаторы имеют очень большую удельную ёмкость, и реально их накопленная энергия вполне может использоваться для движения машины.
— Отрадный пример можете привести?
— Могу. Вы слышали про гибридный «Ё-мобиль?»
— Ещё бы! Уже весь мир слышал...
— Это реальный прототип того, о чем я вам сейчас рассказываю. Один из вариантов — использовать в таких машинах суперконденсаторы. Они имеют почти на порядок меньшую массу и размеры, чем традиционные аккумуляторы. Пока «Ё-мобили» ездят на небольшие расстояния. Но, ни наука, ни промышленность останавливаться на достигнутом не собираются.
Я поблагодарил Козлова за интересную беседу и уже не первый раз при встречах с молодыми исследователями СО РАН подумал о том, что они раз за разом в гуще мировых проблем.
Р. Нотман,
специально для «НВС»
стр. 4
|
