Нарушение экологического равновесия стало глобальной проблемой 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 вопросов.
Несомненно, в течение долгого времени деятельность промышленных предприятий оказывает ощутимое негативное влияние на экосистему, в частности на качество воды и почвы. Значительный урон гидро- и литосфере наносит добыча металлов из руд. Например, чрезвычайно остро это проявилось в Карабаше: здесь при производстве меди в большом количестве выделялись производные не только этого металла, но и свинца, мышьяка, серы, имеющие свойство накапливаться в организме человека и животных. В итоге город столкнулся с большой экологической проблемой: оказались серьезно загрязнены воздух и почва, а также река, водоемы и подземные воды.
В ЮУрГУ создан сорбент, способный поглощать радиоактивные ионы и нейтрализовать вредное воздействие тяжелых металлов, превращаясь в так называемый инертный минерал, который не будет представлять опасности для окружающей среды и сможет находиться, например, в воде неограниченное время подобно обыкновенной речной гальке. Это вещество позволяет обеззараживать как воду, так и почву, что доказано успешными испытаниями в лабораторных условиях и на реальных объектах.
– Сейчас мы фактически разработали основные компоненты, которые будут входить в этот сорбент, а также выявили еще одно его свойство: можно сделать так, чтобы это вещество не тонуло. Это позволит убирать маслянистую пленку с поверхности водоемов, – рассказывает доктор технических наук, декан факультета материаловедения и металлургических технологий (ранее – физико-металлургический факультет) ЮУрГУ, заведующий кафедрой физической химии Геннадий Михайлов. – У нас уже есть небольшие успехи. Не так давно было необходимо понизить уровень ά-излучения в источнике в поселке Смолино. Наш сорбент моментально поглотил содержавшееся в воде родника микроколичество радиоактивных веществ. Так же мы сняли загрязнение в нескольких скважинах Магнитогорска, где в воде было обнаружено, в частности, большое количество катионов железа.
По словам, Геннадия Георгиевича, еще один неоспоримый плюс изобретения – невысокая стоимость.
– Нашими разработками заинтересовался комбинат «Магнезит», у них в отходах производства содержатся компоненты, которые могут лечь в основу сорбента, – говорит профессор Михайлов. – Таким образом, его производство 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, по несколько тонн, партий сорбента. Это позволит проводить натурные испытания в различных условиях: например, летом и зимой. В планах исследователей – применить сорбент в Карабаше и тем самым перекрыть вредоносный поток, который во время дождей и таяния снега стекает с окрестных гор и шламовых полей в Аргазинское водохранилище.
Другими, не менее значимыми разработками, нацеленными на сохранение окружающей среды, занимаются на химическом факультете ЮУрГУ.
Развитие альтернативной энергетики – перспективное направление, помогающее существенно сократить зависимость от невозобновляемых ресурсов и уменьшить загрязнение атмосферы.
– Мне, как заведующему кафедрой экологии и природопользования, часто задают вопросы о негативном влиянии на атмосферу выбросов заводов. Так вот, доля автотранспорта в загрязнении крупных городов – около 50%! Конечно, в зависимости от города цифра колеблется в диапазоне 40–65%. Но нужно учесть, что заводы, как правило, расположены на окраинах и с подветренной стороны, в отличие от машин, которые распределены равномерно. Поэтому создание достойной альтернативы углеводородным источникам энергии будет в значительной мере способствовать улучшению экологической обстановки! – говорит доктор химических наук, декан химического факультета, профессор Вячеслав Авдин.
Разрабатывая солнечные батареи нового поколения, ученые университета совместно с коллегами из московского Институтом органической химии синтезируют новые фотосенсибилизаторы. Одна из ключевых задач в этой сложной работе – найти условия 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 два с половиной или даже четыре. Однако даже при возрастании коэффициента хотя бы вдвое, улучшение будет значительным! Существующие элементы обеспечивают здание электричеством только в тех районах, где много солнца, – например, в южных регионах. Новые фотосенсибилизаторы можно будет использовать и в наших краях, где мало солнечных дней, – комментирует Вячеслав Викторович.
Сами фотосенсибилизаторы – только основа разработки. Для успешного производства ученым предстоит создать ряд материалов, из которых можно будет изготовить усовершенствованный солнечный элемент. По словам профессора Авдина, здесь особенно полезным будет опыт коллег из Великобритании, которые уже заинтересованы в данной разработке.
Особенностью фотоэлементов нового типа станет их пластичность. По задумке ученых, им можно будет придать любую форму, а значит, легко вмонтировать в любой объект, учитывая особенности конструкции, размеры и дизайн. Светочувствительное покрытие можно будет изготовить для любого объекта – от шариковой ручки до целого здания. Внедрение такого типа энерговырабатывающих устройств будет недорогим, и аналогов этой технологии пока не существует.
Второе направление связано с наноструктурированными катализаторами на основе металлооксидных соединений.
– Катализаторы такого типа мы разрабатывали несколько лет, и достигнуты некоторые успехи. Недавно определено, что подобные катализаторы используются для водородной энергетики, то есть в процессе электролиза воды с образованием водорода, – рассказывает Вячеслав Авдин.
Суть в том, что разработка позволит значительно снизить затраты и уменьшить конечную стоимость получаемого водорода по сравнению с традиционным способом, где производство этого газа выходило настолько дорогим, что его оказывалось нецелесообразно использовать для получения энергии. Существующий прототип этих катализаторов в Америке, по предварительным оценкам ученых, в десять раз снижает затраты на электролиз воды.
По словам Вячеслава Викторовича, синтезировать сами катализаторы не составило большого труда для ученых университета, однако теперь необходимо получить электрохимическую ячейку и оценить эффективность снижения расхода электроэнергии на электролиз.
