Какие процессы происходят в эмбрионе на молекулярном уровне после заморозки? Может ли замедление метаболизма говорить о рисках для будущего организма? Ответы на эти вопросы помогает найти уникальное исследование, в котором принимает участие магистрантка Физического факультета Новосибирского государственного университета Анастасия Омельченко. Коллектив ученых из лаборатории Спектроскопии конденсированных сред Института автоматики и электрометрии СО РАН (где работает Анастасия) и сектора криоконсервации и репродуктивных технологий Института цитологии и генетики СО РАН, впервые в мире применил метод комбинационного рассеяния света дейтерированных меток для изучения метаболизма эмбрионов.

«Комбинационное рассеяние света – это бесконтактный и неразрушающий метод оптической спектроскопии, который позволяет понять химический состав, структуру вещества и его фазовое состояние. Мы используем его, чтобы заглянуть внутрь живых клеток и увидеть, какие молекулы образуются в результате их метаболизма», – объяснила Анастасия Омельченко.

Ученые изучают обмен веществ у мышиных эмбрионов на ранних стадиях развития. Для этого они кормили эмбрионы специально промаркированными (дейтерированными) молекулами — например, аминокислотами, глюкозой, стеариновой кислотой – и с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света отслеживали, как эти вещества преобразуются внутри клеток.

«Когда мы хотим отследить, как в процессе обмена веществ из одного соединения образуется другое, мы должны отделить эти соединения от других органических молекул, которые есть в клетках. Это достаточно сложная задача и похожа на поиск одного человека в толпе. Чтобы ее упростить, можно дать этому человеку «флаг», то есть промаркировать его – это позволит определить его на фоне остальной толпы. В спектроскопии комбинационного рассеяния света удобно пользоваться дейтерированными метками, то есть молекулами, в которых некоторые атомы водорода заменены на более тяжелый дейтерий. Вследствие изотопического сдвига такие метки обладают отличным от других молекул спектром, что позволяет отследить количество и природу дейтерированных молекул в образце», — пояснила исследовательница.

Оказалось, что аминокислоты стабильно превращаются в белки на всех стадиях развития, а с ростом эмбриона синтез усиливается. Глюкоза, вопреки ожиданиям, не столько расщепляется для получения энергии, сколько запасается в виде полимера гликогена. Жирные кислоты, такие как стеариновая, накапливаются в липидных гранулах (энергетических хранилищах клетки).

Но особенно интересным оказалось воздействие на метаболизм криоконсервации — технологии, используемой для заморозки и хранения эмбрионов при сверхнизких температурах. После замораживания и размораживания учёные проанализировали, как изменяется обмен веществ в эмбрионах, и обнаружили, что в более поздних стадиях развития жирные кислоты перерабатываются хуже — клетка словно «решает» накапливать их, а не использовать.

«Методика позволяет увидеть, какие процессы нарушаются в результате криоконсервации, — отметила Анастасия Омельченко. — Это особенно важно в условиях, когда всё больше биоматериала — и в медицине, и в сельском хозяйстве — замораживают для хранения или транспортировки. Наш подход может помочь понять, как сохранить жизнеспособность таких клеток».

Кроме криоконсервации, в ходе исследования посмотрели, как влияет на метаболизм эмбрионов другое уникальное состояние — диапауза. Это естественная остановка развития эмбриона в ответ на неблагоприятные условия, встречающаяся у целого ряда млекопитающих (около 130 видов). Учёные работали с эмбрионами мышей с индуцированной диапаузой и выяснили, что у них синтез белка снижается примерно на 23% по сравнению с обычными.

«Это согласуется с другими данными: у эмбрионов, которые переходят в стадию имплантации, усиливается активность ключевых метаболических процессов. А наша методика позволяет измерить это количественно, быстро и без вреда для самого объекта», — подчёркивает исследовательница.

Исследование ещё только входит в стадию системного применения, но уже сейчас ясно: оптические не инвазивные методы анализа метаболизма вполне могут стать эффективным диагностическим инструментом в репродуктивной медицине и биотехнологиях.

Сергей Исаев

Кто из наших дачников не знаком с аммиачной селитрой (она же – нитрат аммония) и мочевиной (она же – карбамид)? Это - самые популярные азотные удобрения, применяемые во всем мире и производимые в огромных количествах. Считается, что они сделали революцию в современном сельском хозяйстве, позволив значительно повысить урожайность важных пищевых культур.

Азот, как мы знаем, играет важную роль в жизни растений. Однако в последнее время он привлекает к себе пристальное внимание не только со стороны биологов-растениеводов, но также и со стороны специалистов по теплофизике, поскольку может сыграть большую роль в энергетике будущего – как сам по себе (в чистом виде), так и в виде определенных соединений (вроде упомянутых выше нитрата аммония и карбамида).

Прежде всего азот рассматривается учеными как «экологически чистый» хранитель энергии, помогающий сократить выбросы парниковых газов. Простейшим примером здесь является двигатель, работающий на жидком азоте. Машины с таким двигателем демонстрировались на Западе еще в самом начале прошлого века. Принцип работы таков: жидкий азот из баков поступал в теплообменник, где он нагревался до температуры окружающей среды и превращался в газ под давлением. В таком состоянии он приводил в движение поршень или ротор двигателя. Совершив работу, азот удалялся в атмосферу. Правда, такие двигатели не получили распространения, поскольку уступали двигателям внутреннего сгорания.

В нашем столетии, как ни странно, о них снова вспомнили как раз в связи с затеянным энергопереходом. Лет двадцать назад была даже запатентована одна разработка в области распределенной малой генерации, которая позиционировалась как «чистая» альтернатива дизельным генераторам. Речь идет о мобильном электрическом генераторе, работающем на жидком азоте. Его главное преимущество, как мы понимаем, заключалось именно в этой экологической «чистоте», то есть указанная разработка четко вписывается в современный «зеленый» тренд.

Учитывая, что азот является основным элементом воздуха (примерно 78%), данный источник энергии для двигателя считается возобновляемым. Разработчики, рассуждая в логике «зеленого» энергоперехода, исходили из того, что установки на жидком азоте должны полностью заменить местные дизельные генераторы, являющиеся источником углеродных выбросов. В нашу эпоху, как мы понимаем, это является сильным аргументом.  

Интересно, что в последнее время ученые проводят сравнение энергоемкости жидкого азота с энергоемкостью литий-ионного аккумулятора. Направление мысли здесь совершенно понятно: двигатель на жидком азоте рассматривается как еще одна «зеленая» альтернатива двигателю внутреннего сгорания. Мало того, азот начинают сравнивать и с водородом, подчеркивая его неоспоримые преимущества перед последним в качестве источника энергии для двигателей. Учитывая, что и литий-ионные аккумуляторы, и водород (конкретно – водород, получаемый методом электролиза), и азот являются хранителями энергии, открываются три варианта использования избыточных мощностей от солнечных и ветряных установок. То есть всю «лишнюю» энергию от солнца и ветра (а такие периоды, как мы знаем, случаются) можно направлять либо на зарядку литий-ионных аккумуляторов, либо на производство зеленого водорода, либо на производство жидкого азота. Какое направление окажется более востребованным, покажет время.

Впрочем, в контексте «зеленого» энергетического перехода азотная тема легко спрягается с водородной темой. Сейчас достаточно активно проводятся исследования по части создания альтернативных видов топлива, когда на первый план выдвигаются соединения, содержащие в составе своих молекул азот и водород. Многим из нас хорошо известное такое распространенное соединение, как аммиак (NH₃). Подавляющие объемы производимого аммиака (до 80%) используются для получения азотных удобрений. В то же время он является довольно интересным кандидатом на роль топлива. Его вполне можно использовать в двигателях внутреннего сгорания и в газовых турбинах. Например, автомобили, работающие не на бензине, а на аммиаке, с точки зрения физики являются вполне реалистичным вариантом. Есть только одна проблема, связанная с безопасностью: аммиак является токсичным веществом, и в случае его утечки это грозит большими неприятностями.

Однако есть безопасные производные этого вещества, которые также можно использовать в качестве топлива. Ими являются водные растворы упомянутых выше азотных удобрений – нитрата аммония (аммиачной селитры) и карбамида (мочевины). Примерно десять лет назад группа американских и израильских ученых провела соответствующие исследования смеси указанных веществ в качестве альтернативного топлива на основе азота.

В данном случае весьма интересен контекст, в котором определяется актуальность создания подобных энергетических альтернатив. Как рассуждают исследователи, оба названных вещества являются мировым товаром, производимым в огромных количествах. Главным компонентом для их производства выступает уже упомянутый аммиак. А для производства аммиака, в свою очередь, используется чистый водород.

Логика авторов исследования проста: использовать зеленый водород для производства аммиака, а упомянутые производные последнего применять не только в качестве удобрений, но и в энергетических целях. Данная схема выглядит вполне себе «зеленой», поскольку углеродные выбросы здесь весьма низки. Главное, что этот вариант более удобен, нежели применение в энергетике чистого водорода или чистого аммиака. Водород также создает серьезные технологические сложности, что является большим препятствием на пути к «водородной энергетике». Поэтому целесообразнее, полагают авторы, использовать его в соединениях. Эти соединения, в свою очередь, рассматриваются как способ химического хранения водорода. Способы такого «химического хранения» - еще одна важная научная тема в контексте «зеленого» энергоперехода.

Указанное исследование должно было продемонстрировать физическую возможность использования такого вида альтернативного топлива. Конкретно была составлена следующая композиция: 60 частей аммиачной селитры, 15 частей мочевины и 25 частей воды. Важно, что указанный состав является монотопливом, то есть для его горения не нужен приток кислорода (окислитель уже находится в самой композиции). Правда, для его горения необходим предварительный нагрев смеси, что создает определенные сложности. Тем не менее, под такое топливо можно спроектировать специальные турбины, что фактически станет новым словом в развитии тепловой генерации, где вместо природного газа будет использоваться альтернативное азотное топливо.

Согласно полученным данным, сгорание этого топлива дает очень низкий процент загрязняющих веществ, что делает его приемлемым с точки зрения экологии. При нормальном давлении отходящий газ на 73% состоит из водяного пара, на 21% - из азота и примерно на 5,5% - из углекислого газа. Если давление сгорания увеличить до 25 Мпа, то отходящий газ более чем на 90% будет состоять из азота. Что касается энергоемкости такого топлива, то она примерно соответствует природному газу.

Понятно, что пока речь идет о лабораторные испытания, и здесь еще имеются определенные сложности. Тем не менее, само направление исследований представляется весьма заманчивым. Исследователей воодушевляет уже тот факт, что азота полным-полно в атмосфере. А производство водорода и аммиака – вполне налаженный процесс (аммиак, например, является вторым продуктом по объемам мирового производства).

При этом современные исследователи идут еще дальше в плане изучения азота как хранителя энергии. Так, совсем недавно немецкие химики получили нейтральное аллотропное соединение азота – N₆. Над созданием таких крупных молекул ученые бьются уже не одно десятилетие, но постоянно терпят неудачи из-за нестабильности полученных соединений. И вот, судя по всему, задачу удалось решить.

В чем важность этой работы? Дело в том, что такие соединения являются очень энергоемкими материалами. Причем, содержащие исключительно «чистую» энергию. Как утверждают исследователи, при разложении N₆ выделяется энергии в два раза больше, чем при взрыве гексогена и в 2,2 раза больше, чем при взрыве тротила (на единицу массы вещества). Создание такого стабильного аллотропа азота, по мысли исследователей, открывает новые энергетические возможности.

Очевидно, мы стоим сейчас на пороге формирования новой концепции хранения энергии, где азот станет играть первостепенную роль. Если работа в данном направлении будет складываться удачно, мы окажемся свидетелями переключения энергетики с углеродной темы на азотную. Мало того, совсем не исключено, что популярная ныне водородная тема окажется полностью «поглощенной» темой азота.

Андрей Колосов

Сотрудники институтов СО РАН все чаще открыто говорят о своих проблемах на различных партийных и правительственных встречах. По словам научного сотрудника Института геологии и минералогии имени В.С. Соболева Константина Коха, это нужно делать, чтобы власть знала о потребностях ученых.

«Для многих молодых ученых самый актуальный вопрос – доступность жилья. Сегодня зарплаты сотрудников СО РАН не позволяют обойтись без льготных программ. Но даже с учетом льгот купить квартиру в новостройке для них нереально», – сообщает «МК в Новосибирске».

Многим супружеским парам, которые хотят продолжать работать в научной сфере, приходится искать другие выходы из этой ситуации. При этом, со слов председателя Совета молодых ученых ИЯФ СО РАН Кристины Сибиряковой, возможны два варианта: первый – создание программы, по которой можно будет покупать жилье по стоимости ниже рыночной (сегодня квадратный метр стоит около 100 тысяч рублей), второй – создание резервного фонда служебного жилья.

Еще молодые ученые просят сделать доступнее детские сады – новые кластеры пока не оборудовали необходимой инфраструктурой.

Современная медицина все в большей степени опирается на технологии, требующие сложной научной и инженерной базы: от интеллектуальных систем диагностики до персонализированных препаратов и имплантируемых устройств. Однако реальное первенство формируется не только за счет технологий, но и за счет подготовки кадров, способных разрабатывать и внедрять эти решения на уровне промышленного производства. Как современное высшее образование подстраивается под развитие производственных технологий и требования рынка кадров — в материале «Континента Сибирь» на примере Новосибирского государственного университета (НГУ).

В условиях стремительного роста фармацевтической отрасли и развития медицины рынок ощущает острый дефицит специалистов новой формации. Это не только разработчики новых продуктов — это также технологи, инженеры и менеджеры, способные обеспечить масштабирование решений, их соответствие нормативной базе и интеграцию в действующую медицинскую инфраструктуру.

Эффективное развитие таких отраслей требует системной работы с кадровым обеспечением. Сегодня в крупных научно-производственных кластерах формируются экосистемы подготовки кадров: запускаются отраслевые магистратуры, создаются корпоративные кафедры, университеты сотрудничают с производственными предприятиями в формате практико-ориентированного обучения.

В этом процессе активно участвует Новосибирский государственный университет. «Важным элементом стратегии развития университета на ближайшие пять лет станет проект «Центр интеграции персонифицированной биомедицины, фармации и синхротронных, бинарных технологий», который получил поддержку в рамках программы «Приоритет 2030» и который мы предполагаем выполнять в том числе на базе инфраструктуры второй очереди нового кампуса, где строительство близится к финалу. В рамках проекта предполагаются создание и внедрение инновационных решений в фармацевтической и биотехнологической отраслях, что внесет свой вклад в снижение их зависимости от импорта. Но помимо собственно технологий и продуктов, мы, конечно, занимаемся и подготовкой высококвалифицированных кадров для этих направлений», — подчеркнул ректор НГУ академик РАН Михаил Федорук.

В прошлом году университет начал процесс трансформации медицинского образования, создав Институт медицины и медицинских технологий (ИММТ). В декабре НГУ получил лицензию на новую образовательную программу специалитета «Медицинская кибернетика» — междисциплинарное направление, которое будет готовить специалистов, способных работать на стыке ИТ, медицины и биологии. А весной этого года — лицензию на магистерскую программу «Промышленная фармация» — область фармацевтики, занимающаяся разработкой, производством и контролем качества лекарственных средств в промышленных масштабах.

«Новые образовательные программы возникли у нас не случайно. Эти направления — медицинская кибернетика, промышленная фармация — можно рассматривать как ответ на современные вызовы в медицине и фармацевтической отрасли. Медицинская кибернетика — это некий симбиоз между биологией, медициной и информатикой. Университет давно обладает сильной фундаментальной школой  в области математики и биологии, медицина у нас также развивается активно не одно десятилетие. Поэтому наличие полного набора нужных компетенций послужило основанием для запуска новых программ», — объяснил «Континенту Сибирь» заместитель директора ИММТ НГУ Михаил Хвостов.

Рассматриваемая программа магистратуры построена на принципах практикоориентированности, где определяющую роль должны сыграть индустриальные партнеры, которые выступят постановщиками задач для студенческих проектов. В их числе — один из лидеров российского биотехнологического рынка АО «ГЕНЕРИУМ» и известный новосибирский производитель диагностических ИФА (иммуноферментный анализ) и ПЦР (полимерная цепная реакция) тест-систем «Медико-биологический Союз».

Как рассказали «Континенту Сибирь» представители «ГЕНЕРИУМа», компания сотрудничает более чем с 20 профильными вузами по всей России, в том числе в форматах совместных образовательных программ бакалавриата и магистратуры. Среди примеров можно выделить межфакультетскую магистерскую программу «Регенеративная биомедицина» в МГУ им. М. В. Ломоносова, программу магистратуры «Создание и разработка лекарственных препаратов» в РУДН, магистратуру «Медицинская биотехнология и биоинженерия» в ПИМУ и другие образовательные проекты.

Решение о сотрудничестве с Новосибирским государственным университетом было продиктовано несколькими ключевыми факторами: стратегическое значение НГУ как научно-образовательного центра, сделавшего ставку на науки о жизни, включая фармацию и биотехнологии; наличие соответствующей инфраструктуры (благодаря строительству нового университетского кампуса — в состав объектов второй очереди входят учебно-научный центр ИММТ НГУ и научно-исследовательский центр) и соответствие государственным приоритетам — обеспечение лекарственного суверенитета и развитие персонализированной медицины. Подготовка специалистов в этой области напрямую связана с достижением национальных целей в сфере здравоохранения и научно-технологического развития, считают в компании.

«Партнерство «ГЕНЕРИУМа» и НГУ — это шаг к формированию кадрового резерва для российской фарминдустрии. Программа сочетает фундаментальную науку, прикладные исследования и производственные задачи, что соответствует глобальным трендам и национальным стратегическим целям», — поделилась планами с «Континентом Сибирь» руководитель направления новых медицинских технологий АО «ГЕНЕРИУМ», куратор новых образовательных программ Института медицины и медицинских технологий НГУ Ольга Григорьева, выразив уверенность в том, что выпускники станут драйверами технологического прорыва в области биотехнологий и фармацевтики.

Предполагается, что студенты, обучающиеся по программе, будут работать над реальными задачами, такими как оптимизация биотехнологических производственных процессов, разработка новых лекарственных форм или анализ регуляторных требований. Лучшие проекты могут быть внедрены в практику компании, а их авторы могут получить возможность стажировки или трудоустройства после окончания обучения.

На схожих принципах построена и вторая программа — медицинская кибернетика подразумевает работу с данными, получаемыми при обследовании пациентов (анализы, результаты компьютерной томографии и МРТ, наблюдения за пациентом в стационаре и многое другое). Это огромный массив информации, который невозможно обработать без применения компьютеров, но решение этой задачи напрямую работает на эффективность. По сути, речь идет о создании необходимой базы для персонифицированной медицины, курс на которую является общемировым трендом.

Для такой работы необходимы специальные программно-аппаратные комплексы, когда одновременно разрабатываются и оборудование, и специальное программное обеспечение для его работы. Эти задачи и решают специалисты в области медицинской кибернетики.

Индустриальными партнерами программы «Медицинская кибернетика» также выступает «ГЕНЕРИУМ» и ряд инновационных компаний Академгородка — «Папийон» («Континент Сибирь» ранее рассказывал о высокотехнологичных медицинских кроватях, которые производит эта компания), Efficient, Novel.

В этом году предусмотрено 20 мест на специальность «промышленная фармация» и 24 на «медицинской кибернетике». Но в перспективе в университете хотят увеличить эти цифры, правда, в разумных пределах.

«Мы считаем необходимым соблюдать некий баланс между количеством и качеством. Условно говоря, если мы поставим целью набрать пятьсот человек, то мы, наверное, их наберем, но не сможем обеспечить должное качество подготовки. Потому что предполагается, что каждый студент будет вовлечен в какой-то проект, решающий реальные задачи от наших индустриальных партнеров, у каждого будет свой научный руководитель. И для нескольких сотен студентов соблюсти эти условия было бы нереализуемо. Поэтому наши цели в обозримой перспективе — увеличить число обучающихся по программам в два-три раза, не более», — объяснил «Континенту Сибирь» Михаил Хвостов.

Инвестиции в кадровый потенциал — долгосрочный вклад, это признают и разработчики новых образовательных программ, и представители индустриальных партнеров университета в таких проектах. Но те компании, которые раньше сделают ставку на эту стратегию, в дальнейшем имеют все шансы занять более устойчивые позиции на быстро меняющемся рынке.

Таким образом, несмотря на огромный потенциал современной высокотехнологичной медицины, решающим фактором становятся не только машины и процессы, а люди, которые создают и масштабируют новые продукты и оборудование.

К этой теме мы обращались неоднократно и, скорее всего, обратимся к ней еще не раз. Геотермальная энергетика, точнее, то ее направление, которое связано с использованием глубинного тепла сухих пород, еще полвека назад неизменно фигурировала в списке «энергетики будущего» наряду с солнечной и термоядерной энергетикой. По тогдашним прогнозам, это будущее должно было наступить с 2000 года. То есть мы уже в нем живем, и именно к нему готовились ученые и инженеры, развивая соответствующие технологии, в том числе – технологии глубокого и сверхглубокого бурения.

В свое время мы писали о том, что полвека назад в СССР и в США работы по глубокому и сверхглубокому бурению велись весьма активно. Мотивации были, в том числе, и сугубо академические – пройти толщу земной коры и добраться до мантии в целях изучения ее состава. В то же время уже тогда наши ученые обращали внимание на то, что глубинное тепло может стать важным источником энергии практически для любой страны мира. Вопрос как раз упирался в технологии сверхглубокого бурения, которые были весьма дороги на тот момент. В то время обе страны шли в этом деле след в след. Советский Союз слегка отставал от США, тем не менее, у нас этой технологии придавалось серьезное значение. Правда, после известных перестроечных событий дело быстро зашло в тупик. Что касается американцев, то к нашему дню они уже успели создать пару экспериментальных электростанций, работающих на глубинном тепле горячих сухих пород (о чем мы также писали).

В целом же указанное направление не достигло еще того уровня, на который замахивались полвека назад. В глобальном масштабе на долю геотермальной энергетики приходится сегодня менее процента установленных мощностей. Правда, в некоторых странах (например, в Кении или в Исландии) доля подземного тепла в общем энергобалансе может доходить до 30 - 45%, однако к сверхглубокому бурению это не имеет никакого отношения, поскольку в основном здесь используются горячие подземные источники, связанные с недавней вулканической активностью. Залегают они не очень глубоко (так, в Кении глубина скважин на территории Рифтовой долины не доходит и до километра). Однако такие ресурсы имеются далеко не везде. Но очень часто именно их ассоциируют с геотермальной энергетикой как таковой, отчего сформировалось мнение, будто она имеет обособленный, «нишевый» характер.

На самом же деле, как мы уже сказали, извлечение тепла сухих пород не имеет такой четкой локализации, поскольку на очень больших глубинах (более пяти километров) их температура уже достаточно высока для того, чтобы служить энергетическим источником. Всё упирается, еще раз подчеркнем, в освоение технологий сверхглубокого бурения.

У нас в стране эту тему многие годы поднимает научный руководитель Института теплофизики СО РАН академик Сергей Алексеенко. Чтобы не возникало путаницы с гидротермальными источниками, ученый использует в отношении энергии горячих сухих пород термин «петротермальная энергия». Фактически, он пропагандирует именно то направление, которым в СССР серьезно занимались полвека назад. К сожалению, в нынешнем руководстве страны пока еще не демонстрируют намерений возродить данное направление и составить конкуренцию тем же американцам. У нас определились с атомной энергетикой, с гидроэнергетикой. Даже обратились к ветру и солнцу (как в Европе). Но вот о развитии технологий сверхглубокого бурения в целях извлечения глубинного тепла вопрос пока не ставится. Во всяком случае, он не считается приоритетным.

Тем временем этой темой неожиданно прониклись на Западе, включая страны Евросоюза. За последние два-три года в западных информационных ресурсах появилась масса публикаций по геотермальной энергетике, где красной нитью проходит тезис: «Бурите глубже!». То есть подчеркивается мысль, что геотермальная энергетика не ограничивается использованием горячих подземных вод. Надо продираться еще ниже – в область горячих сухих пород. И как утверждается в некоторых публикациях, в пределах десяти километров от поверхности Земли содержится в 50 тысяч раз больше энергии, чем ее содержат все разведанные запасы нефти и газа! Понятно, что всё это преподносится как новейшее научное открытие, хотя, как мы знаем, об этом рассуждали еще полвека назад. И не только рассуждали, но и делали!

В наше время развитие данного направления пытаются увязать с диверсификацией нефтегазового бизнеса. Дело в том, что технологиями бурения владеют нефтегазовые компании, и в отдельных публикациях подчеркивается, что за последние 50 лет в этом деле осуществлен заметный прорыв. Бурить стали намного быстрее, чем раньше. Там, где когда-то процесс растягивался на месяцы, сегодня он отсчитывается неделями. Следовательно, заметно снизились и капитальные затраты. Теперь указанные наработки могут благоприятно сказаться и на развитии геотермальной энергетики. По подсчетам некоторых американских специалистов, более высокие скорости бурения позволят уже к 2027 году сравнять цены на электроэнергию от новых геотермальных электростанций со средними ценами на большей территории США.

В расчете на этот технологический прогресс в одной только Калифорнии намерены к 2045 году увеличить геотермальные мощности до 40 ГВт. Кстати, напомним, что не так давно – еще при Байдене – Министерство энергетики США обращалось к руководителям американских нефтегазовых компаний с предложением диверсифицировать свой бизнес, занявшись извлечением из земных недр не только углеводородов, но и глубинного тепла. Как мы сказали, в США данному направлению до сих пор уделяется серьезное внимание. Поэтому совсем не исключено, что «зеленый» энергетический переход будет там скорректирован в пользу геотермальной энергетики (вместо ветряков и солнечных панелей).  

Самое интересное, что к этой теме обратилось Международное энергетическое агентство, опубликовав в декабре прошлого года подробный отчет с характерным названием: «Будущее геотермальной энергии» (The Future of Geothermal Energy). Согласно отчету, в настоящее время существует потенциал развертывания геотермальных мощностей по всему миру на уровне 800 ГВт. Это должно составить примерно 15% от растущего спроса на электричество до 2050 года. Большое внимание в этом документе как раз уделяется «новым» геотермальным технологиям, связанным с извлечением тепла горячих сухих пород. Это позволит, утверждают авторы отчета, существенно расширить масштабы использования геотермальной энергии, выйдя на глобальный уровень. Здесь же отмечается роль нефтегазовой отрасли в развитии данного направления.

По мнению экспертов МЭА, для успешного развития геотермальной энергетики необходима всемерная политическая поддержка. Во многих странах она просто-напросто отсутствует. Так, солнечная энергетика получает поддержку со стороны государства более чем в ста странах. Что касается поддержки геотермальной энергетики, то здесь не наберется и тридцати стран. Отсюда следуют конкретные рекомендации, призванные сориентировать политиков относительно такой поддержки. Речь идет не только о выстраивании финансовых схем, но и об устранении бюрократической волокиты, из-за чего выдача разрешений сильно затягивается, что сильно отпугивает потенциальных инвесторов.

Таким образом, лед в этом направлении как будто тронулся. Почему за него ухватились так поздно? Скорее всего потому, что эйфория по поводу солнечных и ветряных электростанций спала, и теперь на первое место выходят такие требования, как надежность и бесперебойность выработки электричества. Солнце и ветер – в силу своей прерывистости – таких условий обеспечить не могут. Упования на накопители энергии также не сбылись. Что касается геотермальной энергетики, то она лишена указанных изъянов, оставаясь при этом «зеленой».

Самое интересное, что этой темой озаботились в некоторых странах ЕС, где продолжают активно бороться с двумя разновидностями «абсолютного зла» - глобальным потеплением и «путинской агрессией». Недавно Еврокомиссия отчетливо продекларировала намерение полностью отказаться от российского газа. Казалось бы, ничего нового тут нет, поскольку такие заявления звучали и раньше. Однако раньше большие надежды возлагались на солнце и ветер. Теперь к этому добавилось тепло недр. Так, столицу Австрии – Вену – уже хотят обогревать не за счет российских углеводородов, а как раз за счет геотермальной энергии.

Вена более полувека полагалась на российский газ, но в связи с известными событиями на Украине руководство города круто поменяло свою энергетическую политику. Теперь австрийская столица намерена потратить 20 миллиардов евро на создание принципиально новой системы теплоснабжения, где главную роль станут играть тепловые насосы и глубокие скважины. Дело в том, что на окраине города под слоем в три километра существует огромный резервуар с горячей водой. Чтобы до нее добраться, была использована технология глубокого бурения, применяемая в нефтегазовой отрасли для гидроразрыва пласта. Эта вода будет затем использоваться в огромных тепловых насосах, включенных в систему централизованного теплоснабжения Вены. Данный источник тепла сегодня прямо позиционируется как «зеленая» альтернатива российскому газу.

Что касается газа, то торговцы недавно предупредили политиков, что следующей зимой Европа рискует столкнуться с его дефицитом. По этой причине новая «зеленая» система для теплоснабжения Вены будет создаваться, судя по всему, в авральном режиме. Это похоже на авантюру, но инициаторы проекта не скрывают данного обстоятельства, пафосно заявляя о том, будто собираются преобразить город на столетия вперед. Не исключено, что этот прецедент станет заразительным для других европейских стран, где также активизируется бурение на большую глубину в поисках подземного тепла.

В этой связи остается без ответа лишь один вопрос: что австрийцы и немцы намерены теперь делать с той газораспределительной инфраструктурой, которая выстраивалась частными компаниями под «Северный поток – 2» (и на создание которой ушло порядка 15 миллиардов евро)? Может, её сохранят как памятник уходящей «углеродной» эпохи или просто взорвут?

Андрей Колосов

В очередном материале из цикла, посвященного 10-летию ФИЦ ИЦиГ СО РАН мы расскажем о том, как исследования ученых помогают российским производителям товаров преодолеть зависимость от импортного сырья.

Весной 2022 года на фоне обострения отношений между Россией и Западом, ряд крупных международных пивоваренных компаний объявили об уходе из нашей страны. Начался передачи их бизнеса российским игрокам, на прилавках стали появляться новые марки этого напитка. Но одна из главных проблем заключается в том, что пиво в России (включая небольшие крафтовые пивоварни) к этому моменту варили почти на 100% из импортного солода и хмеля. И от замены этикеток на бутылках, ситуация не изменится.

Надежда на то, что удастся быстро заменить европейский хмель и солод каким-то другим, например, китайским оказалась довольно зыбкая: во-первых, у китайцев есть и другие покупатели на урожай, с которыми приходится конкурировать, а во-вторых, замена зависимости от одного вида импорта на другой – не лучшее решение проблемы. Все это сделало очень актуальной задачу обеспечения российской пивоваренной отрасли отечественным сырьем.

Ячмень является традиционной для России зерновой культурой, хорошо знакомой отечественным селекционерам. Но ранее их внимание было сосредоточено на создании сортов, которые используются в производстве кормов для сельского хозяйства. Такой ячмень, как правило, содержит много белка и мало крахмала. Однако в пивоварении совсем иные требования к содержанию белка в ячмене: много белка – низкая экстрактивность сусла, и пиво хранится недолго, недостаточно – не будет таким пенным и снизятся вкусовые качества, а значит, необходимы совсем другие сорта ячменя.

Задача очень непростая, обычно на создание новых сортов у селекционеров уходит от семи до десяти лет, включая период различных сортоиспытаний. В этом случае сократить сроки позволяет то, что в Институте цитологии и генетики СО РАН работу в данном направлении начали до введения санкций и используют в ней передовые генетические технологии, заметно сокращающие сроки селекции.

«Селекция ведется сразу в нескольких направлениях. Наши коллеги пошли по пути снижения уровня белка в зерне, а наша лаборатория сосредоточилась на снижении содержания полифенольных соединений (проантоцианидов). Потому что именно они, вступая в реакцию с белком, образуют то самое помутнение, которое мешает большинству пивоваров. Всего известно тридцать генов, которые могут быть вовлечены в эти реакции. Нас заинтересовали пять. Но чтобы целенаправленно воздействовать на них, необходимо сначала установить их точное месторасположение в геноме», -  рассказала старший научный сотрудник сектора функциональной генетики злаков ИЦиГ СО РАН, к.б.н. Олеся Шоева.

На момент начала исследований такая информация была лишь в отношении одного из генов. Новосибирским ученым с высокой точностью удалось локализовать еще два. Параллельно с этой работой, исследователи провели введение уже определенных генов в сорт ячменя Танай, ранее созданный селекционерами ИЦиГ СО РАН и ныне пользующийся популярностью у сельхозпроизводителей. Первые эксперименты показали, что урожайность ячменя от этого не снижается. Несколько позже в эту работу (ее курирует старший научный сотрудник СибНИИРС Юрий Григорьев) включили еще два российских сорта ячменя.

На их основе ученые также получают генетические линии этой зерновой культуры со сниженным содержанием проантоцианидов. «В 2023 году первые 12 линий уже проходили конкурсное испытание на полях нашего института. Часть отбраковали, а оставшиеся восемь линий в прошлом году высеяли уже больших площадках. В итоге, были отобраны три высокоурожайные линии, на основе которых и ведется дальнейшая работа над новым сортом», - отметила Олеся Шоева.

Эта работа проходит в постоянном взаимодействии с потенциальными потребителями – российскими пивоваренными компаниями. Большой интерес к сотрудничеству проявила «Балтика» (один из крупнейших производителей отечественного пенного напитка). В 2023 году Олеся Шоева стала победителем конкурса «Агроинновации для выращивания ячменя и хмеля в России», организованного «Балтикой» в номинации «Новые технологические схемы выращивания пивоваренного ячменя в различных регионах России».

«Работа Олеси Шоевой, её интересные научные решения предлагают эффективные способы повышения качества и продолжительности хранения готового напитка. Поиск и внедрение инноваций — важная задача не только для нашей компании, но и для всего российского АПК. Конкурс показал, как много в отрасли молодых талантливых учёных, которые работают над действительно важными научными проектами. Нам удалось выявить интересные разработки, которые, я надеюсь, мы сможем апробировать на наших полях в рамках агропрограммы компании», – прокомментировал тогда этот результат директор по пивопроизводству и агропроектам компании «Балтика» Игорь Матвеев.

А уже в этом году ученые ИЦиГ передали часть полученного на опытных делянках урожая пивоварам компании, чтобы те испытали результаты селекционной работы в условиях реального производства. Результаты этого испытания станут одним из решающих аргументов для окончательного отбора линий на сортоиспытания.

Руководством института поставлена цель – получить готовый сорт к 2030 году, три года из оставшегося срока уйдут на государственные сортоиспытания, а значит, передать на них материал селекционеры должны не позднее 2027 года. Впрочем, по словам Олеси Шоевой, пока нет оснований опасаться, что участники этого проекта не уложатся в указанные сроки.

Тем более – это не первый опыт работы коллектива с ячменем, до того, как заняться снижением уровня проантоцианид, ученые создавали генетические линии культуры с повышенным содержанием антоцианов.

«Ранее исследования уже показали, что антоцианы обладают широкой биологической активностью, полезной для здоровья человека, но обычно речь идет о различных фруктах и ягодах, мы же оценивали воздействие на организм богатой антоцианами зерновой диеты. Зерно с антоцианами является очень перспективным сырьем для создания функциональных продуктов питания, поскольку оно входит в ежедневный рацион большинства людей, лучше хранится и доступно в течении всего года, в отличие от сезонных ягод и фруктов, - объяснила Олеся Шоева.

В ИЦиГ было получено несколько генетических линий ячменя с высоким уровнем антоцианов, зерна которых имеют специфическую фиолетовую, голубую, или черную окраску. Правда, пока они не пользуются большим интересом у селекционеров, поскольку устойчивого запроса на производство ячменя для продуктов диетического питания в российском агропроме еще нет. Чего не скажешь о пивоваренной отрасли, где, в результате, исследования, начавшиеся позже, судя по всему, быстрее приведут к появлению новых сортов. Это доказывает, что на скорость процессов импортозамещения и развития технологий спрос на рынке влияет куда сильнее, чем возможности российской науки, которые намного больше, чем принято считать.

Сотрудники Института цитологии и генетики СО РАН, д.б.н. Сергей Шеховцов и к.б.н. Татьяна Полубоярова стали лауреатами престижной Премии имени академика В.А. Коптюга – награды, ежегодно присуждаемой за выдающиеся российско-белорусские научные проекты. Работа, удостоенная премии, посвящена детальному исследованию многообразия дождевых червей, обитающих на территории Беларуси.

Исследование началось ещё в 2014 году, когда Шеховцов и его коллега Евгений Держинский отправились в экспедицию по Беларуси. Участники экспедиции собрали обширный материал, который стал основой для целой серии научных публикаций. В 2019 году российско-белорусская группа учёных получила совместный грант от Фонда фундаментальных исследований и начала полноценное изучение биологических особенностей дождевых червей региона. За проведенные исследования награду разделили сотрудники ИЦиГа, а также М.Н. Ким-Кашменская из НГУ, Е.В. Голованова из Омского Государственного Педагогического Университета и С.А. Ермолов из Центра экологии и продуктивности леса РАН; с белорусской стороны – Е.А. Держинский и В.М. Коцур из Витебского Государственного Университета им. П.М. Машерова.

По словам исследователя, ключевая задача заключалась в том, чтобы понять, как различия в ДНК дождевых червей соотносятся с их внешними признаками: размером, окраской, количеством сегментов и другими морфологическими особенностями.

«Мы хотели ответить на вопрос: если черви генетически сильно различаются, то есть ли между ними и внешние отличия, на которые ранее просто не обращали внимания? – объяснил Сергей Шеховцов. – В результате оказалось, что да: разные генетические линии внутри одного и того же вида могут отличаться по размеру и другим признакам. Если промерить достаточно большую выборку, различия становятся статистически значимыми».

Результаты проведенного генетического анализа собранных в ходе экспедиций образцов, что то, что дождевые черви, которых долгое время относили к одному и тому же виду, на самом деле может представлять собой целый набор генетически различных линий. Эти линии не различимы "на глаз", но отличаются по митохондриальной ДНК даже сильнее, чем, к примеру, человек и шимпанзе.

Полученные данные, по словам учёного, имеют значение не только с точки зрения фундаментальной науки, но и могут иметь вполне прикладное применение. Дождевые черви активно используются в экологии и экотоксикологии: на них проверяют, как почвенные загрязнители – например, тяжёлые металлы или пестициды – влияют на живые организмы. Но если не учитывать генетические различия между червями, такие исследования могут давать неточные результаты.

«Если раньше никто не делал поправку на генетическую разнородность, то теперь желательно при экологических тестах сначала определять, с какой именно генетической линией мы имеем дело, – подчеркнул Сергей Шеховцов. – Разные линии могут по-разному реагировать на одни и те же загрязнители».

В рамках проекта была создана полная карта распространения дождевых червей по территории Беларуси, уточнены видовые списки, описаны новые для страны виды. Работа завершена, но перспективы для новых исследовательских проектов сохраняются: собранный материал охватывает также территории России, в том числе Сибири, и ученым хотелось бы его использовать в научных целях.

«Безусловно, в перспективе хотелось бы сделать такую же детальную работу по дождевым червям России, – объяснил Сергей Шеховцов. – Но это большой объём. Мы постепенно расширяем охват и продолжаем исследовать местные популяции. Это важно и для науки, и для понимания того, как устроена экосистема, в которой мы живём».

Пресс-служба Института цитологии и генетики СО РАН

Российские ученые разработали инновационный способ анализа наноструктур, который позволяет увеличить возможности современных атомно-силовых микроскопов и изучать вещества на масштабе единиц нанометров. Внедрение новой технологии открывает возможности для проектирования на атомарном уровне новых полезных материалов с заданными свойствами. Такие методы востребованы, в частности, при создании электроники будущего. Например, микроскопических устройств типа датчиков-«пылинок» и молекулярной робототехники.

Как работает новый метод анализа наноструктур

Ученые из Института физики полупроводников имени А.В. Ржанова СО РАН разработали новый сверхточный спектральный оптический неразрушающий метод анализа материалов. Он существенно расширяет возможности существующих атомно-силовых микроскопов, позволяя изучать материалы на масштабе единиц нанометров и исследовать не только их структурные размеры, но и химическое строение.

В частности, такая точность востребована при создании миниатюрных устройств и техники. Например, молекулярной робототехники высокоточной доставки лекарств в организме человека, датчиков-«пылинок» для мониторинга объектов и скрытого наблюдения или дронов-насекомых для пространств и поверхностей, недоступных для человека.

– Один из методов изучения наноструктур – спектроскопия комбинационного рассеяния света. Она заключается в анализе спектра лазерного излучения, отраженного от исследуемой структуры. Это излучение, как отпечатки пальцев, содержит всю информацию – от состава вещества и примесей до различных дефектов, деформаций и напряжений, – рассказал «Известиям» один из разработчиков, заместитель директора по научной работе ИФП СО РАН Александр Милехин.

Однако, пояснил он, существуют фундаментальные ограничения для оптических методов наблюдения. Например, так называемый дифракционный барьер, который не дает различить два объекта, если расстояние между ними меньше половины длины волны света. Для видимого диапазона этот предел составляет около 200–300 нм. Вторая проблема заключается в уменьшении силы рассеянного сигнала на нанометровом уровне. Однако благодаря совместному использованию спектроскопии и атомно-силовой микроскопии исследователи смогли преодолеть эти ограничения.

Принцип работы атомно-силовых микроскопов состоит в том, что его колеблющийся зонд (игла с острием 50 нанометров) при приближении к материалу встречается с силой взаимодействия с поверхностью, объяснил Александр Милехин. Она изменяет частоту и фазу колебания зонда. Интерпретируя эти данные, можно в подробностях воспроизвести рельеф материала и его свойства.

– Чтобы определять еще и спектральные характеристики материала (например, химический состав в каждой точке), мы наносим на зонд серебро, золото или платину таким образом, чтобы на его острие сформировался один кластер металла размером около 100 нм. Под ним в малой области формируется сильное электрическое поле. С другой стороны, в качестве подложки для исследуемых структур мы использовали массивы золотых нанодисков, – описал суть разработки ученый.

По его словам, при приближении металлизированного зонда к золотым нанодискам между ними образуется так называемая горячая точка — плазмон, область концентрированного электромагнитного поля большой интенсивности.

Если энергия такого «щелевого» плазмона соответствует энергии возбуждения в материале, интенсивность рассеяния резко возрастает, что позволяет получать более детальную информацию. Задачей исследователей было создание необходимых условий. В результате они получили сигнал, усиленный в 100 тыс. раз, при пространственном разрешении 2 нм.

В каких областях требуются высокоточные методы изучения материалов

По словам Александра Милехина, с помощью нового метода были изучены атомарно тонкие структуры полупроводниковых материалов, которые представляют интерес для современной микроэлектроники и фотоники. Например, при анализе графена ученые обнаружили растяжение его кристаллической решетки всего на 1,5%. Это мало, однако критически важно для электронных свойств материала.

Такие исследования помогают лучше понять, как работают двухмерные материалы в реальных условиях и помогают улучшать их качество. В дальнейшем это поможет создать более точные и чувствительные датчики, гибкую электронику и даже элементы для будущих нанороботов.

– Сейчас с учеными из Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе мы работаем над созданием миниатюрных лазеров (и других элементов нанофотоники) на основе дихалькогенидов переходных металлов. Наша задача — контроль и выработка рекомендаций по улучшению их оптических свойств, – привел пример ученый.

По его мнению, в дальнейшем новый метод может быть востребован в материаловедении, химии, геологии, фармакологии и других сферах, где требуются высокоточные исследования материалов. Также любопытные направления — определение качества пищевых продуктов, нефтепродуктов, взрывчатых веществ и пестицидов.

– В основе этого подхода лежит остроумная комбинация двух технологий: поверхностно-усиленной (SERS) и зондово-усиленной (TERS) рамановской спектроскопии. Секрет технологии кроется в золотых нанодисках и сверхтонком металлическом зонде. Наночастицы золота работают как крошечные антенны, усиливая сигнал в 50 раз, а острый, как игла, зонд добавляет еще большее усиление – до 100 раз, – пояснил «Известиям» директор Международного научного центра спектроскопии и квантовой химии Сибирского федерального университета Сергей Полютов.

По его словам, ключевой механизм работы метода основан на плазмонном резонансе — коллективных колебаниях электронов в металле, которые усиливают сигнал.

Вместе с тем, отметил эксперт, как и любая передовая технология, gm-TERS пока имеет свои ограничения. Например, подготовка образцов для этих экспериментов требует исключительной точности: графен должен равномерно покрывать нанодиски диаметром 108 нм (допуск всего ±5 нм), а малейшие «складки» или загрязнения искажают данные. При этом серебряные зонды, хотя и обеспечивают фантастическое усиление сигнала (сравнимое с возможностью услышать шепот человека за 100 м), стоят тысячи долларов и быстро выходят из строя.

Несмотря на эти сложности, потенциал технологии революционен, сказал Сергей Полютов. В ближайшем будущем она может, к примеру, стать стандартом для контроля качества графена в промышленности. Также новый метод может ускорить создание гибридных материалов (например, сочетаний графена с квантовыми точками) и позволит разработать сверхчувствительные биосенсоры для ранней диагностики заболеваний, добавил он.

– К преимуществам метода относится гибкость относительно возбуждающей длины волны излучения. Авторы показывают, что, подбирая диаметр нанодисков, можно получать усиление при разных длинах волн. Это позволяет использовать предлагаемый метод для спектрометров с различными лазерами, а также подбирать резонансную частоту возбуждения, совпадающую с максимумом поглощения материалов, – отметил старший научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов Московского физико-технического института Илья Завидовский.

В то же время в список ограничений стоит записать дополнительные технологические этапы, необходимые для подготовки образца, считает эксперт. Например, осаждение золотой пленки, осуществление нанолитографии для вытравливания дисков, перенос слоистого материала на массив дисков.

– Современный мир – это мир нанотехнологий и квантовой физики. Практически все современные приборы, устройства и машины обладают уникальными характеристиками благодаря тому, что проектируются на мельчайшем уровне (вплоть до отдельных атомов и молекул). Например, в одной флешке может работать триллион транзисторов, – сказал «Известиям» руководитель Троицкого филиала Физического института имени П.Н. Лебедева, доктор физико-математических наук Андрей Наумов.

Благодаря разработке, пояснил он, ученые могут узнать, как отдельные атомы и молекулы складываются в более сложные структуры с заданными свойствами. Именно эти материалы изменят жизнь человечества, резюмировал он.

Мы уже неоднократно обращали внимание на то, что в нашей стране еще с довоенных времен уделяли весьма серьезное внимание «зеленым» технологиям, актуальность которых заново открыли ближе к нашим дням. Отсюда многие из нас невольно полагают, будто нынешнее обращение к возобновляемым источникам энергии является очень современной темой, открывающей дверь в невиданное ранее будущее. Хотя на самом деле этой теме уже как минимум полторы сотни лет.

До революции использование энергии солнца, ветра и воды обозначалось нашими учеными как «утилизация сил Природы». В конце XIX века в европейских странах (включая и Россию) велись активные эксперименты по всем трем направлениям. Главным мотивом для таких экспериментов служили реальные опасения насчет быстрого истощения запасов ископаемого топлива. Прежде всего – угля. Особое значение придавалось солнечной энергии, поскольку считалось, что она неизмеримо велика и неисчерпаема. Как писали в свое время советские ученые, количество лучистой энергии, получаемой Землей от Солнца, в миллионы (!) раз превосходит энергию, вырабатываемую всеми электростанциями мира. Причем, очень часто отмечался тот факт, что подавляющее количество энергии вырабатывается нами за счет сжигания ископаемого топлива. Ничего хорошего в этом не видели даже в нашей стране, поскольку, согласно консолидированному мнению большинства ученых мира, запасы топлива, накопленные в течение многих веков, расходуются намного быстрее, чем происходит их накопление в природе. Отсюда следовало обращение к возобновляемым источникам энергии, где на энергию Солнца возлагались очень большие надежды.

Отметим, что уже в конце XIX века на этом направлении были получены весьма обнадеживающие практические результаты. Например, солнечную энергию, концентрируемую с помощью параболических зеркал, использовали для кипячения воды и получения пара. Один французский изобретатель даже создал паровой двигатель, где использовался не уголь, а концентрированное тепло от Солнца. Этот двигатель даже приводил в движение типографскую машину, печатавшую газету.

Англичане пошли еще дальше, создав термоэлектрическую батарею, нагреваемую солнечными лучами. Выработанное таким способом электричество направлялось в аккумулятор. Затем – через заряженный аккумулятор – приводился в движение электрический двигатель. Об этом изобретении писали в российский научной периодике 1890 года. То есть уже в то время европейские ученые делали первые шаги к созданию солнечных электростанций. Фотоэлектрических панелей еще не было, но попытки превращения солнечной энергии в электрическую уже были.

Российские ученые также обращались к «солнечной» теме. В 1883 году профессор В. Лигин писал о возможности строительства солнечных установок на юге страны. В 1890 году профессор В. Церасский проводил опыты по расплавлению различных металлов (!) с помощью параболического зеркала.

Тем не менее, непосредственное применение солнечного излучения для энергетических целей вплоть до середины прошлого столетия было ничтожно мало даже в сравнении с использованием силы воды и силы ветра. То есть «утилизация сил Природы» осуществлялась неравномерно. На первое место в этом списке выходила гидроэнергетика, хотя ее доля (в мировом масштабе) в 13 раз уступала генерации на ископаемом топливе. Еще меньшее значение в то время имела ветроэнергетика. О солнечной энергетике и говорить не приходится – она плелась вообще где-то в самом конце (несмотря на вполне успешные эксперименты в данной области).

Последнее обстоятельство воспринималось учеными как досадный факт. Солнце, по их мысли, могло дать человеку энергетическое изобилие, однако он до сих пор не смог воспользоваться такой возможностью в полной мере. В Советском Союзе попытались устранить этот пробел. К середине XX века у нас образовалась достаточно серьезная группа ученых-гелиотехников, разработавших самые разные солнечные устройства. Среди таких устройств – водонагреватели, кипятильники, опреснители соленой воды, солнечные кухни, рефлекторы для лечебных целей, солнечные паровые котлы и т.д.

Некоторые из этих установок были рекомендованы для внедрения в широких масштабах. Правда, здесь же выявились и определенные технические сложности, препятствующие такому широкому внедрению. Главным изъяном оказались высокие затраты на производство и эксплуатацию отдельных установок, из-за чего стоимость получаемой энергии в итоге оказывалась порой выше, чем если бы она вырабатывалась с использованием ископаемого топлива. Кроме того, эффективность применения солнечной энергии прямо зависит от продолжительности и бесперебойности работы этих устройств. Понятно, что в регионах с частой облачностью их применение становится экономически нецелесообразным.

Другое дело – южные регионы страны, где пасмурных дней может не быть в течение нескольких месяцев подряд. По подсчетам советских ученых, в районе трассы Главного Туркменского канала каждый квадратный метр поверхности получает за год столько калорий, сколько их можно получить, сжигая 150 кг угля лучшего качества. Следовательно, здесь вполне можно размещать солнечные установки для бытовых нужд рабочих, занятых строительством канала. Это намного выгоднее, отмечали ученые, чем использовать привозное топливо (достаточно дорогое).

Интересно, что относительно несложные устройства для нагрева воды (по типу «горячего ящика») находили себе применение на территории среднеазиатских республик уже в самом начале 1950-х годов. Было несколько конструкций таких водонагревателей. Например, установка, предложенная профессором Т. Г. Трофимовым, представляла собой плоский железный бак, лежащий на дне ящика. Протекающая внутри бака вода нагревалась от верхней его стенки, обогреваемой солнечными лучами. Водонагреватель Н. А. Ерофеева изготавливался из керамических плиток, на поверхности которых тонким слоем протекала вода. Плитки помещались в ящике, защищенном сверху стеклом. В установке М. Е. Панкова нагрев воды производился в открытых железных противнях, установленных на дне застекленного ящика.

Более удачной считалась конструкция Б. В. Петухова. Здесь использовались рифленые алюминиевые листы, в канавки которых укладывались полудюймовые водопроводные трубы. Эти листы и трубы размещались на дне застекленного ящика. Вода получала тепло от труб. Трубы же нагревались солнечными лучами, дополнительно получая тепло от алюминиевых листов. Данная установка была испытана как раз в районе Главного Туркменского канала. Здесь она могла работать 7 – 9 месяцев в году, давая в день с одного квадратного метра застекленной поверхности по 50 – 60 литров воды, нагретой до 55 градусов Цельсия. Аналогичные установки использовались при обустройстве душевых и бань-прачечных. И судя по всему, в то время они уже не воспринимались как что-то необычное (как это почему-то происходит в наши дни).

Стоит также упомянуть советские конструкции солнечных установок, предназначенных для кипячения воды и получения пара. Здесь уже использовались параболоцилиндрические зеркала, позволявшие увеличить концентрацию солнечных лучей в 30 – 40 раз, а также параболоидные зеркала, увеличивавшие концентрацию в 600 – 800 раз! Такие установки могли производить пар любых параметров и даже плавить металлы. Одна такая установка, созданная в начале 1950-х годов в Энергетическом институте имени Г. М. Кржижановского АН СССР, имела параболоидное алюминиевое зеркало диаметром 1,2 метра и за полчаса давала три литра кипятка. То есть ее мощность примерно соответствовала электрической плитке в 600 Вт. Эти установки были рекомендованы для индивидуального использования в южных районах СССР. Также разрабатывались более крупные установки, способные выдавать в день до 500 литров кипяченой воды. Помимо этого, разрабатывались установки для сугубо технологических целей – опреснения воды или для приведения в действие абсорбционного холодильника. Да, стоимость таких установок была в те годы еще велика, однако ученые ставили своей задачей их удешевление. Во всяком случае, существовала уверенность в том, что решение указанной задачи позволит существенно расширить область применения солнечных установок.

Еще раз напомним, что такие работы в нашей стране активно велись в самом начале 1950-х годов. Поэтому нельзя не огорчиться тому факту, что сегодня наше общество открывает для себя такие устройства заново. Причем, на этот раз – не через отечественные разработки, а через демонстрацию импортного солнечного оборудования, произведенного, чаще всего, в Китае.

Николай Нестеров

Ученые НГУ, инженеры ООО «Умные дроны» (платформа SmartDrones) и специалисты Сибирской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России представили совместную разработку — алгоритм управления роем дронов, онлайн-обнаружения и определения координат обнаруженных объектов при помощи ИИ. Технология была апробирована на выездном совещании, посвященном внедрению инновационных технологий в работу сельхозтоваропроизводителей, которое состоялось в Ордынском районе 20 июня с участием заместителя губернатора Новосибирской области Ирины Мануйловой, министра науки и инновационной политики НСО Вадима Васильева и министр сельского хозяйства региона Андрея Шинделова. Выездное совещание представителей науки, разработчиков передовых технологий и инновационных проектов проходило на производственной площадке ООО «ОПХ «Дары Ордынска».

Исследователи продемонстрировали возможности дронов взаимодействовать в пространстве по схеме «обнаружение-доставка», распределяя задачи, — один из них обнаруживает объект, определяет и передает координаты другому беспилотнику, который по заданным координатам осуществляет доставку. Алгоритм управления возможно масштабировать на любое количество устройств и разные типы распознаваемых объектов.

Совместная разработка является результатом договоренностей, которые были достигнуты после тестирования доставки с помощью дрона, состоявшегося в апреле. Тогда новая модель беспилотного летающего аппарата, разработанная учеными НГУ для доставки товаров в труднодоступные районы, успешно преодолела расстояние в 4,5 км через реку Обь и доставила товар в пункт назначения. Тестовый полет проходил в рамках совместных с главным управлением МЧС России по Новосибирской области первых в Сибири испытаний технологии SmartDrones Fires по обнаружению и тушению пожаров при помощи роя дронов и технологий ИИ.

«По итогам проведенных испытаний мы решили объединить две технологии и попробовать их отработать в комплексе, а именно: один дрон, управляемый с помощью разработанного нашей компанией специализированного программного обеспечения SmartDrones, в автоматическом режиме анализирует данные с видеокамеры, обнаруживает человека и передаёт его координаты второму дрону, разработанному НГУ. Второй БПЛА по заданным координатам осуществляет автоматическую доставку необходимой посылки, в которую может входить вода, медикаменты и т.д. За два месяца мы провели необходимые шаги по интеграции и на выездном совещании, которое состоялось в конце прошлой недели, презентовали новую технологию в деле», — рассказал Алексей Мелешихин, основатель компании «Умные дроны», выпускник физического факультета НГУ.

В дальнейшем исследователи НГУ и инженеры стартапа SmartDrones будут совместно работать над совершенствованием технологии управления роем дронов по схеме «обнаружение-доставка» и планируют создать полноценную цифровую платформу, которая найдет применение в разных сферах — сельском хозяйстве, туризме, предотвращении чрезвычайных ситуаций и т.д.

«Сейчас мы отработали взаимодействие двух дронов и протестировали алгоритм «обнаружение и доставка воды». Мы показали, как работает автоматическая передача данных от первого дрона второму, для того чтобы последний по этим координатам прибыл и доставку выполнил. В дальнейшем мы планируем провести тестирование уже на большем количестве устройств, когда у нас может быть несколько дронов, каждый из них мониторит свой квадрат и решает задачу обнаружения разных типов объектов, которым нужные разные виды доставки — воды, медикаментов, спасательного жилета и т.д. В перспективе технология может масштабироваться на неограниченное количество устройств. Кроме того, разрабатываемая платформа позволит дронам принимать разные совместные решения. Например, рассчитывать удаленность объекта и определять, кто быстрее долетит до него и доставит, например, аптечку пострадавшему; как действовать в случае потери связи с одним из БПЛА и т.д. Все эти алгоритмы будут отработаны и реализованы на базе цифровой платформы SmartDrones», — пояснил Алексей Мелешихин.  

Компания «Умные дроны», основанная выпускниками НГУ и разрабатывающая программно-аппаратный комплекс SmartDrones Fires для автоматического обнаружения пожаров и расчета необходимых сил и средств для их тушения при помощи роя дронов и технологий ИИ, является резидентом Академпарка и победителем весеннего, 30-го, юбилейного акселератора А:СТАРТ.