Здесь рождаются новые типы топлива для Арктики, самые прочные материалы для энергетики и цифровые модели химических процессов. Заглянем в вуз-лабораторию — Томский политехнический университет — и узнаем, как идеи превращаются в технологии.
О том, как не дать топливу замерзнуть
Представьте себе Арктику: морозы около минус 60 градусов, ледяные моря и пронизывающий ветер. В таких условиях обычные транспортные средства почти неэффективны, а стандартные топливные составы попросту замерзают. Поэтому в Арктике используют спецтранспорт, например вездеходы типа ТМ-140, а для заправки автомобилей на Крайнем Севере есть особое арктическое дизельное топливо (ДТ-А). В него добавлены специальные присадки, которые не дают жидкости загустеть при минусовой температуре. Многие научные институты продолжают искать идеальный рецепт, так как для получения ДТ-А требуются дополнительные ресурсы, перевозить его нужно в специальных цистернах, а аномальные температуры ниже минус 60 градусов остаются для него непростым испытанием.
Альтернативу предлагают томские ученые. Доцент отделения химической инженерии Мария Киргина рассказала, что в ТПУ использовали сразу два метода, чтобы создать идеальное топливо для арктических просторов. Первый — применение специального типа катализаторов — цеолитов: они позволяют перерабатывать сырье, преобразуя одни соединения в другие. Морозостойкость итогового продукта достигает минус 70 градусов.
Вторая методика основана на использовании специальных добавок — присадок на основе полимерных соединений. Всего несколько граммов добавки повышают устойчивость к низким температурам почти на десять градусов.
Лабораторные исследования — это сотни тысяч часов экспериментов. Мы проводим множество тестов и анализов, разрабатываем и проверяем гипотезы, чтобы добиться лучших характеристик топлива.
Мария Киргина
Доцент отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов ТПУ
В лаборатории работают порядка 30 молодых ученых разного уровня подготовки — бакалавры, магистранты, аспиранты и кандидаты наук, — уточнила Мария Киргина.
О карбидах и керамике для самых горячих точек в энергетике
Супертопливо — только малая часть разработок томских исследователей. Основной акцент другой лаборатории ТПУ сделан на создании перспективных материалов и оборудования для энергетики. Среди основных направлений — синтез карбидов (соединений металлов и неметаллов с углеродом). Это перспективные катализаторы и их компоненты, которые используются, например, для переработки CO2 и получения водорода.
Главное отличие нового метода получения карбидов, разработанного в ТПУ, от аналогов — простота и экономичность. Он позволяет создавать ценные соединения на открытом воздухе, а не в вакууме и без дорогостоящего оборудования.
C помощью авторской технологии специалисты научились создавать на основе особых карбидов керамические материалы с температурой плавления более 3000 градусов и стойкостью к вредоносным воздействиям.
Наша главная задача сегодня — вывести разработку на опытно-промышленный уровень: мы перейдем от получения граммов материала к мелкосерийному производству. Для этого создаем опытный цех и экспериментальную технологическую линию при университете, где начнем выпускать образцы, которые протестируют наши промышленные и академические партнеры.
Александр Пак
Заведующий лабораторией перспективных материалов энергетической отрасли ТПУ
Ученый подчеркнул, что движущей силой группы исследователей стали единомышленники — студенты и аспиранты.
О цифровом PROGRESSе
Еще одно направление исследований вуза — цифровые технологии. Представьте лабораторию, где эксперименты анализируются мгновенно с помощью компьютеров, а каждый новый материал создается сначала в виртуальном пространстве.
С помощью компьютеров сибирские экспериментаторы уже сегодня рассчитывают производительность заводов, определяют качество топлива и оценивают состояние оборудования.
Химики, инженеры и разработчики объединились и создали первую российскую систему PROGRESS — комплекс, который строит виртуальные модели нефтеперерабатывающих заводов. Сейчас он умеет воспроизводить простое оборудование — насосы, теплообменники и компрессоры. Это позволяет рассчитать базовые этапы переработки нефти и газа.
Нам необходимо учить студентов и химии, и технологиям будущего. Именно поэтому мы вводим специальные курсы в бакалавриате и магистратуре. Год назад запустили программу «Цифровая нефтепереработка», где студенты изучают все: от базовых принципов физики и химии переработки нефти до написания собственных компьютерных программ и модулей.
Елена Ивашкина
Профессор отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов ТПУ
Главным преимуществом PROGRESS специалисты называют его возможность моделировать процессы нефтепереработки: разделение тяжелой нефти на легкие фракции, переработку остатков в углеродные материалы и повышение качества бензина.
К концу 2025 года ученые завершат разработку этих модулей и начнут их испытывать.
Если тесты пройдут успешно, систему могут начать использовать в промышленности в ближайшие годы, считает Елена Ивашкина.
