Созданная в МИФИ молекула сможет почти на 100 процентов защитить трубопроводы от коррозии
Сырая нефть, так же как и некоторые нефтепродукты, обладает достаточно высоким уровнем кислотности и способна «разъедать» сталь трубопроводов со скоростью в несколько миллиметров в год. Поэтому в нефтегазовой промышленности широко используются специальные вещества-ингибиторы, замедляющие процесс коррозии и защищающих таким образом трубы — без них срок службы трубопроводов не превышал бы нескольких лет.
В национальном исследовательском ядерном университете МИФИ смогли создать новый органический ингибитор, способный с высокой степенью эффективности предотвращать коррозийное разрушение стали в кислой среде. По словам сотрудников университета, важнейшим практическим применением нового вещества в будущем может стать именно защита внутренней поверхности трубопроводов.
Авторство открытия принадлежит молодому ученому — доценту кафедры физики конденсированных сред Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ Константину Катину. Он теоретически смоделировал молекулу нового вещества, которое получило научное название 1-аллил-3-(2,3,5,6-тетраметилбензил)-5,6-диметилбензимидазолийхлорида. Затем вещество было синтезировано турецкими исследователями, которые провели также и его практические испытания. Результаты этих испытаний показали, что новая молекула замедляет коррозию стали в кислой среде с эффективностью 97.6%, то есть скорость разрушения трубы составляет всего 2.4% от той, которая наблюдалась бы без использования защитного покрытия.
«Наш ингибитор находится на уровне лучших существующих аналогов – антикоррозийных эмалей и покрытий для нефтепроводов. Его потенциальные преимущества — дешевизна, безопасность для окружающей среды и способность формировать непрерывный устойчивый слой на внутренней поверхности трубы», — объясняет Константин Катин. Ученый отмечает, что главным секретом созданного им вещества вещества является вовсе не химический состав — он достаточно прост и включает в себя в основном водород, углерод и азот. Высокую эффективность нового ингибитора обеспечивает особое сочетание его свойств — в частности, уникальная пространственная структура молекулы, ее адгезия со стальной поверхностью, способность растворяться в нефти, а также различные физические, в том числе электрохимические, свойства. Но останавливаться на этом открытии в МИФИ не собираются. В дальнейших планах ученых — разработать новый метод конструирования молекул, основанный на использовании искусственного интеллекта. По словам Катина, подбор ингибиторов до сих пор часто проводится методом проб и ошибок, даже несмотря на использование компьютерной техники. Как правило, сначала на основе химической интуиции предлагается начальная структура вещества, а компьютерное моделирование потом позволяет только немного ее скорректировать ее и заранее подтвердить эффективность. В МИФИ же хотят перепоручить нейросети практически весь процесс создания новых веществ с заранее заданными свойствами, а также с учетом электрохимических, пространственных и других характеристик.
«Мы рассчитываем обучить нейронную сеть, которая сможет учитывать все эти характеристики. Она позволит полностью отказаться от какой-либо физико-химической интуиции на первом этапе и с самого начала выбирать структуру ингибитора строго рациональным образом. Мы сможем осуществить экстенсивный компьютерный перебор множества молекул и найти такие ингибиторы, эффективность которых приблизится к 100%», — говорит Катин.