Как сэкономить на угле и газе?

Мы уже привыкли к тому, что Сибирь прочно ассоциируется с нашими недрами, в основном с углем и газом. И как только речь заходит о сибирской энергетике, так, понятное дело, тут же возникают мысли о газификации или эффективном использовании угольного топлива. Конечно же, отрицать и то, и другое нелепо. Однако – в свете текущих мировых тенденций – имеет смысл оценить потенциал использования возобновляемых источников энергии. Это особенно важно хотя бы в свете государственной программы энергосбережения и повышения энергоэффективности на период до 2020 года. Применима ли данная программа к Сибири? Безусловно.

Как бы многие из нас ни упирали на богатство сибирских недр, неизбежным  обстоятельством является то, что в ближайшей перспективе цены на газ будут расти по совершенно объективным причинам – в связи с трудностями освоения новых месторождений (о чем уже говорилось в предыдущих публикациях). На уголь также уповать не стоит, поскольку и этот вид топлива не обещает быть дешевым хотя бы ввиду роста тарифов на железнодорожные перевозки.

С другой стороны, в стране с современной экономикой, претендующей на уровень шестого технологического уклада, невозможно оставить без внимания другие источники энергии, освоение которых напрямую связано с созданием наукоемких производств. Речь в данном случае как раз идет о возобновляемых источниках энергии, немыслимых без применения «умных» технологий.

Иными словами, если развитие сибирских территорий будет осуществляться с опорой на науку (что особенно важно), то использование возобновляемых источников никак не может остаться без внимания со стороны сибирских ученых. Ведь, по сути дела, в настоящее время уровень развития альтернативной энергетики в определенной мере является индикатором уровня развития самой экономики.

На сегодняшний день в нашей стране использование ВИЭ оставляет желать лучшего На сегодняшний день в нашей стране использование ВИЭ оставляет желать лучшего. По официальным данным выработка электроэнергии на основе возобновляемых источников в общих объемах составляет сейчас ничтожную долю – всего каких-то 0,08 процента! К 2020 году правительство намерено довести эту долю до одного процента. Конечно, в сравнении с развитыми странами Запада, этого еще мало. Как бы то ни было, хорошим знаком для нас является  уже то, что в правительстве хотя бы обратили на это внимание. В свете сказанного можно надеяться на принятие соответствующих законов и выделение каких-то средств. Например, на пилотные проекты. Иначе вовлечь в это дело частных инвесторов будет нереально. Ведь академические институты, работающие в данном направлении, не в состоянии самостоятельно внедрять подобные технологии. Отраслевые институты в свое время у нас «благополучно» уничтожили, а производственники просто так не возьмут на себя доводку технологий. Необходима материальная поддержка со стороны государства. И в этом случае идеология «энергетической державы», всякие упования на безграничность наших недр будут совершенно неуместны, в том числе и в Сибири. И с этим новым трендом руководители сибирских регионов, конечно же, обязаны считаться. Необходимо, как говорил один политик, менять мышление.

В нашем сознании, к сожалению, укоренился один досадный предрассудок, будто в Сибири использование ВИЭ настолько ограничено, что вопрос об этом ставить бессмысленно. Однако это далеко не так. Сейчас в Российской академии наук даже создан Научный совет по нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии, где специально выделена отдельная «сибирская» секция.

Возьмем, для примера, геотермальные источники энергии. Как пояснил директор Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко, «у нас в стране Западная Сибирь – самая богатая по подземному теплу. И что интересно – даже Якутия». Надо уточнить, что здесь существует два вида тепла – приповерхностное и глубинное. Больше всего ученых интересует сейчас глубинное тепло, находящееся на глубине от четырех до десяти километров.

Больше всего ученых интересует сейчас глубинное тепло, находящееся на глубине от четырех до десяти километров Температура там – до 350 градусов Цельсия. Если туда закачать воду, то можно получить пар высоких параметров и хороший термодинамический цикл. Естественно, отапливать таким путем одиночные здания бессмысленно. Однако с помощью глубинного тепла можно обеспечивать энергоснабжение целых поселений. В конце концов, замечают специалисты, в городах и поселках мы гоним по трубам горячую воду на многие километры. Какая, в таком случае проблема извлекать это тепло из километровых глубин?

По словам Сергея Алексеенко, сейчас над этим активно работают американцы, и у наших сибирских ученых по данному вопросу также есть идеи. «Вообще, – заметил ученый, – можно, в принципе, ничем не заниматься в энергетике, а только этой задачей. И этого хватит на сотни лет! Я это специально подчеркиваю». Правда, есть законные подозрения, что у нас в стране это направление могут запросто «зарубить» на раннем этапе. Как мы понимаем, наши нефтяные магнаты вряд ли допустят осуществление подобных проектов. Тут, наверное, ни у кого нет иллюзий.

Еще одно перспективное направление – солнечная энергетика. Необходимо отметить, что Сибирь в этом отношении нисколько не уступает Европе. Так, в Новосибирской области в году более 200 солнечных дней. Это больше, чем в Сочи! По продолжительности солнечного сияния Новосибирск заметно опережает, например, территорию Германии. В Новосибирске солнца даже больше, чем в Шампани, в Бургундии и в Бордо – традиционных винодельческих регионах Франции! Поэтому, когда говорят, что в Сибири будто бы слишком мало солнца, то это неверно. Иначе говоря, условия для развития солнечной энергетики здесь достаточно хорошие.

Сегодня солнечная энергетика считается важнейшим направлением в сфере использования ВИЭ. Можно даже сказать, что теперь это самое популярное направление. Не случайно, по расчетам экспертов, к 20100 году планируется до 70% электроэнергии получать как раз за счет фотовольтаики. Одно из препятствий, которое здесь возникает, – это дороговизна солнечных элементов для конечного потребителя. Связано это, не в последнюю очередь, с достаточно высокой себестоимостью производства такой продукции. Поэтому на данный момент главная задача ученых – найти пути снижения себестоимости без снижения качества.

Этим, например, конкретно занимаются специалисты Института теплофизики СО РАН, разрабатывающие новые, более совершенные технологии производства солнечных батарей. Например, разработан струйный плазмохимический метод производства тонкопленочных солнечных элементов, обещающих быть недорогими. Весьма обнадеживает и то обстоятельство, что новосибирскими разработками в области фотовольтаики заинтересовались некоторые крупные предприятия России. Уже подготовлен проект организации производства необходимого оборудования на базе Лианозовского электромеханического завода. Совсем не исключено, что именно Новосибирск может стать тем городом, где данное направление получит серьезное развитие.

Естественно, пока еще рано говорить о том, что работа над возобновляемыми источниками энергии вмиг все поменяет. Однако важно то, что такая работа нашими учеными ведется. И отметим – ведется весьма успешно. Главное, чтобы их труды не остались незамеченными у себя на родине.

Олег Носков

Академгородок получил статус достопримечательности

Почти 10 лет назад началась работа над присвоением Академгородку статуса культурного наследия Новосибирской области. Однако осуществить идею удалось только недавно: приказом № 20 от 25. 02. 2014 район переименован в достопримечательное место «Новосибирский Академгородок». 

Учитывая начавшийся у нас передел собственности, это действительно большое достижение. Масштаб работы, проделанный всеми участниками процесса, от представителей органов власти до жителей-энтузиастов, вряд ли можно с лёгкостью себе представить. Детально о будущих преобразованиях рассказали депутат горсовета, академик Николай Захарович Ляхов, глава администрации Советского района Валерий Александрович Шварцкопп и директор ОО «Дорога» и член общественного Совета при главном лесничем ННЦ СО РАН Лев Абрамович Шепелянский.

В территорию нового объекта культурного наследия вошла только так называемая Верхняя зона: границы проходят по лесополосе вдоль Бердского шоссе, речке Зырянке, проспекту Лаврентьева с институтской частью, теперь принадлежащей ФАНО. Николай Захарович Ляхов отметил, что одним из самых обсуждаемых вопросов на последних встречах рабочей группы присоединение незастроенной части проспекта Строителей. Однако по итогам многочисленных дискуссий, «отвоевать» улицу не удалось: включили лишь ДК «Юность» со спортивным комплексом. Тем не менее, в проект вошла, как высказался Н. З. Ляхов, «критичная часть Академгородка».

«Всем: представителям органов власти, общественным деятелям и жителям – предстоит очень серьёзная работа. В течение будущих 9 месяцев нужно будет создать документ, непосредственно регламентирующий новый порядок хозяйствования на территории, но не стоит опасаться кардинальных изменений: новые правила будут разумными. Пожалуй, самым важным процессом здесь является перестройка сознания людей, так как многие еще не знают, что теперь живут в достопримечательном месте», – отметил В. А. Шварцкопп.

Поскольку основной задачей – не только специальных органов, но и всех жителей – является сохранение облика территории, то, естественно, организовывать масштабные застройки или любые другие работы, которые нанесут ущерб состоянию Академгородка, запрещается. Согласно новым правилам, перед тем как запускать какой-либо проект, необходимо доказать, что в официальных документах есть раздел, обеспечивающий сохранность достопримечательности. Безусловно, «повреждение, разрушение или уничтожение предмета охраны выявленного объекта культурного наследия» будет караться со всей строгостью закона.

В соответствии с вышеназванным приказом территория будет разделена примерно на 20 участков, в каждом из которых выделят отдельный предмет охраны. В зависимости от особенностей данной достопримечательности надзорная комиссия, главной функцией которой является защита объекта культурного наследия, определит механизмы дальнейшего хозяйствования на указанной местности. Будет создана многоступенчатая система: прежде чем осуществить какое-либо, даже небольшое изменение, необходимо получить разрешение на всех уровнях.

Николай Захарович Ляхов прокомментировал данный вопрос следующим образом: «Новые правила, вступающие в силу с 2015 года, прежде всего, требуют бережного отношения ко всей территории в целом. Это можно назвать режимом «мягкой» охраны. Ни строительство, ни реконструкции, ни перепланировки в определенной мере запрещаться не будут. Главное, чтобы внешне Академгородок остался прежним, чтобы человек, вновь приехавший сюда через 10 лет, увидел знакомые места».

Лев Абрамович Шепелянский добавил, что борьба за сохранение облика Академгородка ведется еще с 2006 года, когда только нависла угроза вырубки лесов. Особую благодарность нужно выразить тем, кто на протяжении долгого времени боролся за данный проект. В число этих людей входят нынешний председатель СО РАН А. Л. Асеев, академики В. И. Молодин и И. Ф. Жимулев, директор фонда «Академгородок» Наталья Ивановна Пинус и другие научные и общественные деятели, выступавшие и до сих пор выступающие за охрану Академгородка. Их активная позиция помогла и жителям, и городским властям убедиться в значимости Академгородка как объекта культурного наследия.

Маргарита Артёменко

А у нас – дешевый газ!

20 мар 2014 - 04:13

Уже вошло в привычку сравнивать нашу страну со странами Запада. И как это часто бывает, сравнение получается не в нашу пользу. Больше всего нас задевает, конечно же, очевидное технологическое отставание. И здесь мы сталкиваемся с какой-то парадоксальной ситуацией. Ладно бы, если речь шла о странах Центральной Африки. У них там нет ни нормальной науки, ни образования. Но почему так происходит в нашей стране, где сотни академических институтов, где работают ученые с мировым именем? Ведь это только непосвященному обывателю кажется, что в наших институтах ветер гуляет, и люди томятся от безделья.

На самом деле, как в том убедились даже народные избранники Законодательного Собрания Новосибирской области, наши ученые по некоторым направлениям идут нога в ногу со своими западными коллегами, а в чем-то их даже опережают. Однако что мы имеем на практике? А на практике до 70% научных разработок внедряется за рубежом. Как же так получается? Неужели отечественная экономика, отечественное хозяйство не нуждаются в научных разработках?

На самом же деле, как мы понимаем, научные разработки нужны отечественной экономике как воздух. Хотя бы только для того, чтобы сократить технологическое отставание от Запада. И здесь всё упирается в государственную политику. Наивно полагать, будто сейчас все решает частный инвестор. Далеко не всегда частный инвестор будет, например, вкладываться в НИОКР и за свой счет доводить до ума какие-то принципиально важные наработки академических институтов. Во всех нормальных странах этим занимается государство. В принципе, наши руководители сейчас достаточно много говорят об инновациях, о модернизации основных отраслей промышленности. Даже ставят вопрос об энергосбережении и экологии.

А в прошлом году было вообще заявлено о необходимости «вхождения» в шестой экономический уклад. Этому нельзя не радоваться, однако в то же время конкретные практические действия еще недостаточны для того, чтобы началось поступательное развитие в указанном направлении. Мало того, попытки реорганизации РАН фактически подхлестнули «чемоданные» настроения у молодых и перспективных ученых. Но даже это само по себе не является фундаментальной причиной нашего технологического отставания. Во всяком случае, скандальный закон можно подкорректировать, а то и вовсе отменить. Гораздо сложнее отменить систему сложившихся хозяйственных отношений.

Рассмотрим это на примере энергетического сектора. Не надо, наверное, говорить о том, что энергетика играет в современном хозяйстве решающую роль. По уровню развития энергетических мощностей можно в целом составить представление и об уровне всей  экономики.

Не так давно, как мы помним, Россия провозгласила себя «энергетической державой». Но, к сожалению, изобретатели данного термина наполнили его не самым подходящим для технической модернизации смыслом. По привычке «энергетическая держава» стала восприниматься как страна, экспортирующая энергоресурсы. Главным образом – углеводородное топливо. То есть фактически Россия сохраняет себя как сырьевой «придаток» технологически развитых стран, нацеливаясь на массовое извлечение этих самых энергоресурсов. Тогда как при прогрессивном подходе к делу правильнее было бы сосредоточиться не столько на их извлечении, сколько на их эффективной переработке.

В действительности же успехов в плане эффективной переработки топлива добились именно страны – импортеры нашего сырья, и России теперь приходится их догонять по этому показателю. И самое печальное, наверное, заключается в том, что наша страна располагала (и располагает) отечественными разработками в этой сфере, которые оказались невостребованными у нас, но зато легко прижились на Западе. В этом плане мы снабдили Запад не только углеводородным сырьем, но еще и  передовыми разработками. Это есть досаднейший факт.

Приведем простейший пример. Наши ученые еще в 1950-х годах разработали парогазовые установки, широко теперь распространенные на Западе. У нас количество таких установок можно посчитать по пальцам (Тюменская область, Краснодарский край, Санкт-Петербург). В странах Западной Европы и в США с помощью парогазовых установок вырабатывается до 70% электроэнергии. По тому же пути идет и соседний Китай. Работают такие установки чаще всего на газе (в том числе и на российском газе). Не будем сейчас вдаваться в технические детали. Скажем только, что общий КПД электростанции, где применяется парогазовая установка, достигает 60%. На наших электростанциях, где применяются обычные газотурбины, этот показатель находится на уровне 35–38%. Заметная разница, не так ли? Получается, что у себя в стране мы сжигаем газ почти в полтора-два раза менее эффективно, чем на Западе. А ведь у нас, как заметил Заведующий отделом теплоэнергетики Института теплофизики СО РАН Анатолий Бурдуков, на газе работает почти 60% процентов всей энергетики. Вы только представьте, какой потенциал экономии мы здесь имеем! Кроме того, по расчетам специалистов, это позволит серьезно снизить конечную стоимость вырабатываемой энергии.

Однако на данном этапе государство озабочено, главным образом, интересами сырьевых компаний, таких, например, как Газпром. И главная задача здесь – расширить круг потребителей и нарастить объемы сбыта. Какая уж тут экономия, в самом деле? Сегодня у нас в стране набирает силу процесс газификации отдельных регионов. Причины понятны – ввиду снижения спроса на российский газ на Западе (во многом – благодаря всё той же технической модернизации) государство пытается компенсировать убытки сырьевым компаниям за счет внутреннего потребителя. С одной стороны, такая политика воспринимается положительно. Но с другой стороны, она ничуть не содействует тому, о чем было сказано – эффективному использованию энергоресурсов. И вряд ли этого стоит ожидать в условиях такой поддержки сырьевого сектора.

Вся проблема, считает Анатолий Бурдуков, упирается в тарифную политику. Новейшие разработки в сфере энергетики найдут применение только тогда, когда самим энергетическим компаниям будет крайне необходима техническая модернизация. То есть когда на единицу сжигаемого топлива потребуется получать больше полезной энергии, чем сейчас. Иначе говоря, задуматься о повышении КПД. В настоящее время производителей энергии существующий удельный расход топлива не смущает, поскольку «экономия» здесь достигается за счет относительно невысоких тарифов.

Казалось бы, дороговизна топлива должна иметь негативные последствия для экономики. Однако в системе реальных хозяйственных отношений высокие тарифы могут играть роль важнейшего стимула модернизации, внедрения перспективных разработок. Конечного потребителя при грамотном подходе к делу повышение тарифов на энергоресурсы может вообще никак не коснуться, поскольку, о чем было сказано выше, при более высоком КПД снижается себестоимость производимой энергии. В то же время в общем итоге мы получаем экономию сырья. О благе для экологии и говорить не приходится: топлива сжигается меньше, и сгорает оно в современных установках лучше.

Причем,  речь идет не только об экономии газа. К сожалению, по указанной причине у нас не внедряются и новейшие разработки, связанные с более эффективным сжиганием угля. А ведь в этом направлении работают ведущие специалисты Института теплофизики. Сибирь богата углем, и было бы глупо от него отказываться ради интересов газовых компаний. Однако использовать это топливо нужно на более высоком уровне, о чем мы уже неоднократно писали.

И здесь появляется другая сторона вопроса, связанная с государственной политикой. Недостаточно просто поднять тарифы на топливо. Необходимо посодействовать внедрению передовых разработок, позволяющих это топливо наилучшим образом использовать. Необходимо не только вкладываться в научные разработки. Нужно также поддерживать сам процесс их внедрения, применяя специальные гранты и реализуя с государственным финансовым участием пилотные проекты (тем самым компенсируя отсутствие отраслевых институтов, однажды по большому недоразумению ликвидированных волевым путем). Но для этого, разумеется, придется пересмотреть политику «энергетической державы», когда в приоритете – объемы поставок сырья. Экономия, экология, эффективность – вот собственно, три главных «Э», три кита, на которых будет держаться шестой уклад.

Олег Носков

Шанс для мирного термояда

20 мар 2014 - 01:41

Мы уже неоднократно писали о том, что в Институте геологии и минералогии СО РАН целая лаборатория занимается выращиванием очень качественных LBO-кристаллов, сулящих человечеству головокружительные перспективы. Как неоднократно заявлял сам директор Института – академик Николай Похиленко –  эти кристаллы используются для создания современных лазерных систем, с помощью которых пытаются запустить реакцию термоядерного синтеза. Несмотря на скепсис, высказываемый по этому поводу некоторыми специалистами, на Западе не упускают возможности с помощью лазерных устройств овладеть этим колоссальным источником энергии.

Не так давно в СМИ попала информация о ходе вполне удачных (на данном этапе) экспериментов, проводившихся в национальной лаборатории Министерства энергетики США, расположенной в городе Ливермор. Ученым Ливерморской лаборатории, сообщается в прессе, удалось провести термоядерный синтез, в котором выделенная топливом энергия превзошла поглощенную. Эксперименты проводились в  августе, сентябре и ноябре 2013 года. Выделенная при термоядерном синтезе энергия в среднем в полтора раза превышала энергию, поглощенную топливом. Наиболее эффективно реакция прошла в ходе трех последних экспериментов, проведенных 13 августа, 13 сентября и 13 ноября 2013 года.  В ходе последнего эксперимента уровень выделявшейся энергии достиг максимального значения — 17 килоджоулей. Топливо при этом поглотило не более 10 килоджоулей. Правда, отмечают комментаторы, следует иметь в виду, что поглощенная энергия составляет лишь малую (менее одного процента) долю энергии, затраченной на лазерный импульс, с помощью которого ученые пытаются инициировать термоядерный синтез.

Тем не менее, по словам ученых, результат получился существенно лучше того, что они ожидали получить при математическом моделировании эксперимента. Первые эксперименты, проведенные в 2009 году, не увенчались успехом. И на сегодняшний день прогресс налицо. Да, чуда еще не произошло, но полученные результаты, тем не менее, обнадеживают.

Принципиально важно для нашей темы то, что в этих исследованиях ученые используют специальную установку, где дейтериво-тритиевое топливо сжимают мощным синхронным импульсом 192 лазеров. Именно лазерные системы играют здесь ключевую роль. Однако на данный момент исследователи сталкиваются с определенными техническими ограничениями, и поэтому остается непонятно, удастся ли довести  термоядерную реакцию до «зажигания» применяемым методом.

Какое это все имеет отношение к  LBO-кристаллам? Прямое. Как пояснил сотрудник лаборатории по выращиванию кристаллов Института геологии и минералогии СО РАН Константин Кох, для  проекта, который реализуют американцы, выращивались совсем другие кристаллы, с менее «выдающимися», так сказать, характеристиками. На их основе были созданные оптические элементы размером 40 на 40 см, как кафельная плитка.

Для LBO-кристаллов пока что эти размеры нереальны. Чтобы создать шайбу упомянутых размеров, нужен очень внушительный «камушек», как минимум килограмм на десять – раз в пять крупнее тех, что научились получать сейчас. Американцы, кстати, и в этом направлении также ведут работу, ведь США (как и Россия) – одна из немногих стран, где освоили технологии выращивания LBO-кристаллов. И соревнование ученых за создание самого крупного и чистого «камушка» – это не выдумки. Как не трудно догадаться, такие кристаллы также планируется использовать в экспериментах с управляемым термоядом. По словам специалистов, оптический элемент на основе LBO-кристалла позволит «вкачать» значительно большую энергию в мишень, затрачивая ту же мощность из розетки. Хватит ли этого для положительного результата в термояде – пока еще никто не знает. Но сам эксперимент не отменяется.

В любом случае, результаты здесь идут по нарастающей. Главное – получить кристаллы нужного размера. Точнее – не один кристалл, а больше сотни! А это, надо сказать, очень дорого. Ведь одна установка для выращивания такого «камушка» стоит миллионы. У американцев по части финансирования проблем нет – в отличие от их российских коллег, постоянно сталкивающихся с разными «оптимизациями» со стороны «эффективных менеджеров». Как бы однажды нашим руководителям американская наука не преподнесла сюрприза: термояд запущен – ждем инвесторов для промышленного освоения новых систем. Что это будет для нас означать, понятно: «Энергетическая держава», можешь сворачивать свои газопроводы – мы входим в новую эру!

Олег Носков

Как «скрестить» экологию с энергетикой?

18 мар 2014 - 06:55

Надо ли говорить о том, что для современного густонаселенного города проблемы экологии стоят чуть ли не на первом месте? Город, подобно живому организму, «дышит» и «питается», выделяя вредные продукты своей жизнедеятельности. Чем больше ресурсов он поглощает, чем активнее осуществляет свою жизнедеятельность, тем больше происходит выбросов в атмосферу, тем больше мусора и грязи остается. Спрашивается, как развиваться, не погружая себя в эту отраву?

Экологией крупных городов озаботились уже давно. На Западе эти вопросы стоят, можно сказать, на первом месте. Свою роль здесь сыграло ужесточение нормативов по вредным выбросам в атмосферу и ужесточение нормативов по энергопотреблению. Это был позитивный шаг вперед, который, по сути, определил важное направление технической модернизации.

По крайней мере, ученые и конструкторы были вынуждены совершенствовать энергетические системы, повышать их КПД, решать проблему полноты сгорания топлива. Однако надо сказать, что эти задачи не дают окончательного решения вопроса, а только формируют предпосылку для такого решения. Сжигать меньше и как можно качественнее – это некое необходимое условие для перехода на следующий этап решения проблем экологии – принципиально иной этап, когда, по сути, продукты жизнедеятельности начинают работать на саму… энергетику (ту самую, где уже научились хорошо сжигать топливо).

Именно такое «прозрение» возникло во время выступления директора Института теплофизики СО РАН Сергея Алексеенко на круглом столе «Наука – городу Новосибирску», посвященном дню Российской науки, 7-го февраля. В какой-то мере доклад уважаемого ученого позволил увидеть некий просвет в будущее. И это будущее оказалось непохожим на страшные антиутопии. Ведь сколько раз человечеству предсказывали неизбежную гибель. И на протяжении последних десятилетий эту гибель неизменно увязывали с экологической катастрофой, с горами мусора и разливом сточных вод, с дымящими заводами и электростанциями. Но, как выяснилось, наука может исправить то, что было допущено предшественниками. Технологии развиваются, и их развитие может таить благо для цивилизации.

О чем конкретно идет речь? Надо сказать, что разработки специалистов Института теплофизики в области решения проблем энергосбережения, эффективного сжигания топлива, в области альтернативной энергетики достаточно хорошо известны, в том числе и за рубежом. К сожалению, некоторые из них, как воздух необходимые нашему городу, пока еще не внедрены. А ведь среди них есть и такие, которые как раз позволяют, что называется, «убить двух зайцев», посодействовать снижению расходов на традиционное топливо за счет решения вопросов экологии.

В первую очередь речь идет о создании Комплексных районных тепловых станций (КРТС), решающих одновременно вопрос утилизации твердых бытовых отходов и вопросы централизованного теплоснабжения. Специалисты Института в данном случае предлагают совместить сжигание мусора и сжигание традиционного топлива в едином комплексе тепловой станции или теплоэлектроцентрали. Для этого необходимо дооборудовать существующие тепловые станции, пристроив к каждой из них дополнительный цех по сжиганию мусора. Такой мусоросжигательный цех способен утилизировать до 40 тыс. тонн ТБО в год (или пять тонн в час). Это позволит, с одной стороны, как минимум на 10% уменьшить расход традиционного топлива, с другой – решить вопрос с утилизацией мусора.

Напомним, что в Новосибирске ежегодно образуется миллион тонн ТБО. Эти отходы скапливаются на четырех полигонах, не оборудованных системой экологического мониторинга. Сегодня в мире – главным образом, в европейских странах, – ежегодно вырабатывается до 130 млрд. кВт.ч.  электроэнергии за счет сжигания ТБО. Причем, технологии сжигания мусора с экологической точки зрения не вызывают никаких нареканий. В европейских городах, где весьма высоки экологические требования, мусоросжигательные заводы расположены прямо в жилых кварталах, поскольку это не наносит вреда среде. Наши ученые предлагают развивать то же направление. Необходимо рассматривать ТБО как нетрадиционный вид топлива, который на сегодняшний день имеет отрицательную стоимость. Строительство мусоросжигательного цеха обойдется примерно в 500 миллионов рублей. Всего городу (для полной утилизации мусора) необходимо создать 25 таких станций. Конечно, за короткий период этого не сделать (потребуется как минимум 12,5 миллиардов рублей). Но для начала можно реализовать пилотный проект, создав КРТС  на территории Советского района.  Так, с одной стороны, мы реализуем перспективную инновацию, с другой, – предотвратим надвигающуюся экологическую угрозу, поскольку полигон, куда вывозится мусор из Советского района, фактически переполнен.

Следующая важная инновация – внедрение технологии переработки и уничтожения медицинских, слаборадиоактивных и токсичных отходов в термической плазме. Для этих целей специалистами Института теплофизики разработаны специальные компактные установки, к которым уже сейчас проявляют интерес иностранцы. Есть смысл поддержать данную разработку и найти ей массовое применение. Мы не будем здесь вдаваться в технические подробности работы данной установки. Попросту говоря, эта технология позволяет осуществить глубокую переработку различных веществ до простейших соединений без какой-либо предварительной подготовки отходов к переработке. В ходе переработки получается калорийный синтез-газ, который сжигается в энергетических котлах. Неорганическая составляющая отходов в виде жидкого шлака может использоваться в дальнейшем как строительный материал. Такую установку можно использовать на промышленных предприятиях, в медицинских учреждениях, а также на муниципальных мусороперерабатывающих заводах.

И наконец, еще одно важное изобретение в том же русле, одинаково полезное для энергетики и экологии, – это технология утилизации сточных канализационных стоков методом «конверсии органических веществ в сверхкритичной воде». «Сверхкритичная вода» – это активный растворитель органических веществ и кислорода. В данном случае органические вещества преобразуются в жидкое углеводородное топливо, которое можно эффективно сжигать в энергетических установках. При утилизации сточных вод с долей органики 25% трубный реактор объемом в 39 литров будет производить 70 кг в час такого топлива. Расход сточной воды – 234 кг в час. Таким образом, пучок из ста труб будет давать 7 тонн жидкого топлива в час. Интересно, не так ли? Конечно, возникает вопрос: а как такой необычный продукт будет гореть? В той связи напомним, что в Институте теплофизики занимаются также вопросами эффективного сжигания углеводородного топлива. И уже есть разработки, позволяющие сжечь без сажи и копоти даже отработанное масло! Так что с этим должно быть все в порядке. Как было сказано выше – умение хорошо сжигать топливо есть предпосылка к переходу на этап «скрещивания» экологии с энергетикой.

В общем, перефразируя слова одного политика, «Изобретения своевременные, нужные». Тут, собственно, ничего не надо доказывать. Перспективность и актуальность данных разработок не вызывают никаких сомнений. Другое дело, насколько у нас в стране такими разработками заинтересуется власть и бизнес. Будет очень печально, если спустя десять-пятнадцать лет нам придется все это закупать за рубежом (вместо того, чтобы продавать самим).

Олег Носков

Зачем клетке так много ДНК?

17 мар 2014 - 03:51

Наш сегодняшний собеседник – заведующий лабораторией молекулярной генетики д.б.н. Александр Вершинин.

– Александр Васильевич, какое исследование в данный момент больше всего привлекает Ваше внимание?

– Общая проблема, которой я интересуюсь уже много лет, – это существование в геноме эукариот избыточной генетической информации. Известно, что генетическая информация содержится в составе молекул ДНК, которые упакованы, соответственно, в хромосомы. У эукариот объем ДНК гораздо больше, чем нужно для количества генов, существующих в организмах. Еще в конце прошлого века, до начала массового секвенирования геномов, были сделаны оценки, показавшие, что для обеспечения наработки всех белковых молекул и контроля метаболических реакций у живых организмов необходимо от 50 до 100 тысяч генов. Позднее эти оценки были, в общем-то, подтверждены. Сейчас уже секвенированы геномы многих видов эукариот: человека, дрозофилы, мыши, арабидопсиса, риса, сахарной свёклы и других, относительно небольших по размеру геномов. В ходе исследований оказалось, что число генов, например, у дрозофилы составляет приблизительно 15-18 тысяч. У человека – около 35 тысяч, хотя наша организация намного сложнее, чем у дрозофилы.

Получается следующее: виды различаются примерно в 2-2,5 раза по числу генов, а по размерам геномов – уже на несколько порядков. Процент кодирующих участков, которые непосредственно отвечают за наработку белковых молекул, просто ничтожен, всего 1-2 %. Это означает, что огромная масса ДНК не кодирует никаких молекул.

Тут же возникают определенные вопросы: для чего нужно так много ДНК в клетке, участвует ли эта часть в регуляции активности кодирующих участков генов, выполняет ли какие-то другие функции, может быть, структурные, или она вообще просто существует сама по себе. На сегодняшний день это одна из фундаментальных проблем современной генетики. Не такая модная, как стволовые клетки, лечение рака или генная инженерия, но не менее интересная.

Вообще данная тема была поднята еще в 80-х годах прошлого века, когда только были проведены первые оценки. Сразу стало ясно: ДНК в клетках эукариот гораздо больше, чем необходимо для кодирования генетической информации. Несколько ученых, в их числе лауреат Нобелевской премии Фрэнсис Крик (прим. Ф. Крик вместе с Дж. Уотсоном открыли двойную спираль ДНК, за что и были удостоены премии Нобеля), выдвинули предположение, что основная часть ДНК, существующая в эукариотической клетке, – паразитическая, мусорная ДНК –  не играет никакой роли в функционировании клетки. Смысл ее существования лишь в воспроизведении самой себя и передаче от клетки к клетке. Это была, так сказать, негативная точка зрения на функцию данной значительной части генома. Но поскольку большинство людей уверено в пользе каждого явления природы, многие ученые и сейчас пытаются найти какие-то функции, свойственные основной части генома, которая не участвует непосредственно в кодировании белковых молекул.

–Вы занимаетесь изучением данной проблемы в целом или есть какое-то одно направление работы?

– В состав вышеупомянутой паразитирующей ДНК входят очень разные по своей структуре и составу последовательности ДНК. Поскольку всё это многообразие изучать невозможно – по крайне мере для одной лаборатории – нужно выбирать какую-то свою проблему в этом массиве. В настоящий момент мы концентрируемся на молекулярной структуре центромер.

Центромеры – это районы хромосом, расположенные, как можно судить по названию, в центре или около центра хромосомы. Их основная функция сводится к обеспечению правильного расхождения хромосом во время деления клеток. Наборы хромосом, несущие генетическую информацию, должны расходиться по дочерним клеткам. Главное, чтобы дочерние клетки имели точно такое же количество и содержание хромосом, как и родительские. Этот процесс и контролируют центромеры

Если смотреть на молекулярную структуру центромер, в частности, на состав ДНК, то окажется, что в них преобладают различные классы повторяющихся последовательностей, т.е. ДНК с непонятной функцией.

Молекулярная структура центромер очень хорошо изучена у риса, кукурузы и еще у некоторых видов растений. А вот у злаков, по крайней мере, у тех видов, которые культивируются в России, в частности, у пшеницы и ржи, центромеры практически не изучены. Именно на этом направлении мы сейчас и концентрируемся.

– Скажите, пожалуйста, какое практическое применение потенциально имеет данное исследование?

– Пшеница и рожь – это один из очень немногих примеров в живой природе, когда представители разных родов способны производить гибриды, причем гибриды жизнеспособные и дающие потомство. Например, чтобы скрестить рожь и ячмень, вам потребуется специальные приемы, придется культивировать зародыши на специальных средах и, как правило, всё равно, несмотря на титанические усилия, потомки получаются стерильные.

А вот рожь с пшеницей скрещиваются гораздо легче. Их гибриды, тритикале, широко используются в селекции, так как они объединяют в себе полезные свойства обеих культур. Пшеница хороша тем, что ее зерно обладает отличными хлебопекарными качествами. Кроме того, у пшеницы выше урожайность. Рожь в свою очередь более устойчива к неблагоприятным условиям: к колебаниям температуры, морозам и различным вредителям.

Одна из актуальнейших селекционных проблем на сегодняшний день – это введение генов устойчивости ото ржи в геном пшеницы. Для правильного их соединения необходимо правильное поведение хромосом во время гибридизации и последующих делений гибридных клеток. Следовательно, поскольку весь этот процесс контролируется центромерами, именно их нам нужно изучать.

 – Александр Васильевич, с какими организациями Вы сотрудничаете в данной области?

– С прошлого года началось сотрудничество с ВАСХНИЛом. В частности, мы исследуем гибриды тритикале, полученные Петром Ивановичем Стёпочкиным, моим однокурсником, кстати. Сотрудники ВАСХНИЛа занимаются практической селекцией, а мы используем их линии и сорта.

– Что, на Ваш взгляд, является главной проблемой Вашей лаборатории и института в целом?

– Основная проблема сейчас – недостаток квалифицированных кадров. К сожалению, общий уровень подготовки студентов стал ниже, чем был в предыдущие годы. Кроме того, очень небольшое количество молодых людей хотят работать в институтах после окончания университета. И, на самом деле, их можно понять: аспирантская стипендия довольно маленькая, на нее крайне сложно жить. Поэтому студенты стараются устроиться на более прибыльную работу. Найти способных молодых специалистов, которые идут в науку, несмотря на все проблемы, очень трудно.

– Скажите, пожалуйста, насколько развитие молекулярной генетики в России соответствует мировому уровню?

– Дело в том, что науки в мире очень много, и она очень разная. В том числе и в западных странах. Безусловно, есть хорошие, высокоэффективные центры с квалифицированными кадрами, великолепным техническим снабжением, высоким рейтингом печатных работ, которые там выпускаются. В нашей области – молекулярной генетике растений – к таким центрам относятся Центр Джона Иннеса в Англии, Институт Макса Планка в Германии, много лабораторий в США, Японии. Вместе с тем, в этих же странах есть такие заштатные места, где работают сотрудники гораздо более низкого уровня квалификации и оборудование там намного хуже по качеству. Я точно знаю, так как сам много лет работал в Англии. Если мы хотим конкурировать, то нужно, конечно, ориентироваться на самые лучшие зарубежные научные центры. 

Маргарита Артёменко

А был ли шанс у юго-востока?

Уже понятно – Русская Весна состоялась только в Крыму, в остальных русскоязычных регионах Украины взрыв национального самосознания не дал ожидаемого эффекта. Что произошло, почему русское сопротивление в Донецке, Луганске и Харькове не удержало завоеванных позиций?

Трезво оценивая ситуацию, следует признать, что «фронт» стабилизировался на Перекопе, отделив мятежный и фактически уже российский полуостров от материковой Украины. Вернуть контроль над бывшей автономией у Киева шансов практически нет, и новый режим хорошо это понимает. Все его усилия теперь сосредоточены на подавлении Русской Весны в южных и восточных областях, и прежде всего в Донбассе.

Наилучшие перспективы стать вторым, вслед за Крымом, свободным от бандеровщины регионом Украины (или даже регионом РФ), были у Донецка. Были – потому что в результате репрессий русское сопротивление здесь фактически разгромлено. «Народный губернатор» Павел Губарев остается под арестом по обвинению в организации массовых беспорядков. Его обещали выпустить под залог, но передумали, при этом деньги не вернули.

А был ли шанс у юго-востока?  Этот парень с честным открытым лицом почти идеально подходит на роль народного вожака – он смел, легко увлекает за собой людей, не выглядит политическим авантюристом. Революционным романтиком выглядит. Ведет толпу на штурм областной администрации, требует самоопределения Донбасса на референдуме, зовет на помощь российскую армию. Но кроме вот этой личной решимости у него ничего нет. «Народный губернатор» и до ареста не влиял на местных силовиков, не имел своих сторонников в депутатском корпусе, даже более-менее серьезного ополчения ему создать не удалось.

В Донецке не исчерпана энергия протеста, люди выходят на улицу и требуют освободить Губарева. Но это уже не восстание, как в начале марта, а всего лишь выражение недовольства новым режимом. «Беркут», переименованный неизвестно в кого, тоже недоволен хунтой, которая еще месяц назад была оппозицией и на майдане проклинала милицию. Бойцы сочувствуют народу и отказываются разгонять митинги, но и на сторону протестующих не переходят.

Губарев и его сторонники, захватив обладминистрацию, не сумели развить успех, да особо и не пытались, а ждали появления «вежливых людей» из России. И в этом главное отличие донецкого сопротивления от крымского. В Симферополе лидер «Русского единства» Сергей Аксенов не ждал, когда придут российские войска, а действовал. Собственно, поэтому они и пришли.

Есть и системные различия. Донбасс не настолько ориентирован на Россию, как Севастополь и Крым. В Донецке, как и в других крупных городах юго-востока, более популярна идея федерализации. Большинство русского населения хочет как-то дистанцироваться от Киева и майдана, при этом все же остаться в составе Украины. Конечно, это впечатление может быть ошибочным, никакой серьезной социологии нет, но сам характер Русской Весны на востоке страны и в Новороссии говорит о том, что она не столько пророссийская, сколько антибандеровская.

Если в Крыму русское движение годами культивировалось и закалялось в борьбе как с насильственной украинизацией, так и с агрессивным крымскотатарским меджлисом, то в Донбассе и в Харькове оно возникло стихийно, как реакция на февральские события в Киеве. И настоящим лидерам на востоке просто неоткуда было взяться.

Единственный пассионарий – Губарев – и тот в тюрьме, на свободе же проводят круглые столы активисты всевозможных «патриотических сил» и «освободительных движений». Никого они, разумеется, не освободят, потому что захватывать органы власти, как Губарев, они боятся, а под властью назначенного из Киева губернатора-олигарха Таруты и под контролем СБУ все попытки добиться референдума превращаются в безобидную болтовню.

А был ли шанс у юго-востока?  В Луганске, как и в Донецке, протест вспыхнул и сразу погас. На выходных народ штурмом взял областную администрацию, заставил губернатора Болотских написать заявление об отставке, избрал «народным губернатором» руководителя «Луганской гвардии» Александра Харитонова. Который дал команду своим сторонникам покинуть здание и передал его под охрану милиции. Для чего было штурмовать? Видимо, надо было продемонстрировать Путину готовность жителей Луганщины бороться с фашизмом самыми решительными мерами, при поддержке русского спецназа, разумеется. Харитонов, как и Губарев, не скрывает надежд на военную помощь России.

Одного из организаторов захвата обладминистрации, а также «сепаратистского митинга» Арсена Клинчаева накануне задержали и этапировали в Киев, а до этого активист был похищен с целью запугивания депутатом-националистом Олегом Ляшко и его охранниками.

Этот Ляшко персонаж вообще одиозный, а теперь он взял на себя еще и роль карателя. Собственно, дело не в Ляшко, а в том, что один из самых деятельных представителей киевской хунты спокойно разгуливает по Луганску, как по майдану. Вряд ли известный пророссийский активист, ну хотя бы тот же Губарев, смог бы так перемещаться, скажем, по Львову, да еще и запугивать бандеровцев. Это говорит о том, что на юго-востоке протест неорганизованный и не охватывает всего населения.

Еще пара примеров: город-герой Одессу патрулирует «седьмая сотня самообороны», приехавшая прямиком с майдана, а в Харькове провел митинг Кличко. Протестующие попытались закидать его яйцами и петардами, и это все, на что их хватило.

В общем, как пришла Русская Весна, так и ушла, пробудив в людях надежду на избавление от всеукраинского майдана, но так и не оправдав ее. Киев использует против лидеров протеста весь репрессивный аппарат – прокуратуру, СБУ, милицию – только «поезда дружбы» пока на восток не отправляет. С одной стороны, в этом нет необходимости, уличная активность в отсутствии лидеров и так сходит на нет. А с другой - хунта боится спровоцировать Кремль на ввод войск в Донбасс и другие регионы.

В Кремле же в первую очередь озабочены ситуацией в Крыму, где на этой неделе может быть устроена провокация с целью развязать боевые действия и сорвать референдум. И похоже на то, что и Москва, и Киев заинтересованы в сохранении статус-кво: Украина не пытается силой вернуть себе Крым, Россия не посылает армию на помощь протестующим в Донецке и Луганске.

Могло ли быть иначе? При столь низкой активности юго-востока, конечно, нет. Только в Крыму население оказалось морально готово к «самоопределению вплоть до отделения». В остальных русскоязычных областях не возникло единого мощного движения – ни пророссийского, ни какого-либо другого. И в этих условиях Россия, оказав военную помощь «своим», настроила бы против себя ту часть населения, которая хочет оставаться с Украиной.

Если в Крыму с российскими «оккупантами» уже фотографируются местные девушки, то севернее Перекопа реакция населения может быть не всегда такой позитивной. А главное, официальный Киев не уступит материковую территорию, иначе майдан сбросит уже администрацию Турчинова-Яценюка, обвинив в предательстве национальных интересов. Защитить себя новый режим может только с помощью натовских войск. Сейчас об американском военном вмешательстве речи не идет, Крым фактически признается зоной российских интересов. Однако на усиление России за счет всей Левобережной Украины Запад никогда не согласится.

Итак, если не случится чего-то экстраординарного, вроде войны, итогом Русской Весны станет воссоединение Крыма с Россией и подавление киевской хунтой пророссийского движения на юго-востоке. При таком раскладе выигрывает Кремль и вся РФ, включая население двух новых субъектов – АРК и Севастополя. Проигрывают миллионы русских на Украине, которые так и не дождутся помощи, не добьются федерализации, а значит, испытают на себе все прелести новой политики «дерусификации».

Глеб Александров

Аэродинамика важна не только для самолетов

14 мар 2014 - 07:29

Борьба за повышение КПД, как мы знаем, процесс непрерывный. Вопрос этот актуален не только для современного двигателестроения, но и для энергетических систем, даже тех, где используется такое «прозаическое» топливо, как уголь.

Раньше, особенно в советские годы, у нас в стране по этому поводу особо не переживали. Страна у нас ресурсами богатая, угля полным-полно. Поэтому дополнительной экономией или экологией сильно себя не озадачивали. Однако с определенных пор мы стали равняться на европейцев, которые привыкли считать каждую копейку, да к тому же уделять повышенное внимание экологии. Потому и нам теперь приходится серьезно озадачиваться тем, чтобы уголек сжигать более эффективно, более полно, экономя ресурсы и щадя окружающую среду. Ведь чем лучше, чем полнее сгорает топливо, тем меньше выбросов в атмосферу, меньше сажи и копоти. Для этого, естественно, необходимо усовершенствовать конструкцию топок, отработать режимы работы. Короче говоря, необходимо выводить отечественные энергетические системы на мировой уровень. В наши дни делать это с помощью рацпредложений башковитых эксплуатационщиков уже никак не получится. Масштаб задач более серьезный. К усовершенствованию топочных устройств необходимо подключать фундаментальную науку, оснащенную, что называется, по последнему слову техники.

Проблема в том, что процессы, происходящие в самой топке, еще мало изучены. Исследователям, грубо говоря, не удавалось туда «залезть» и сделать какие-то нужные измерения.

Шутка ли: в вихревой топке современной теплоэлектростанции температура держится на уровне 1600 градусов С. Попробуй чего-нибудь там измерить! Можно, конечно, сделать уменьшенную модель. Но опять же – как посмотреть, что происходит там внутри? Например, посмотреть, как движется поток газов, с какой скоростью, как он распределяется, где образуются завихрения, возвратные течения, застойные области.

Причем, нужно не только посмотреть, но все измерить и посчитать, составить точную математическую модель, и уже опираясь на нее, сделать необходимые вычисления для новой, улучшенной конструкции топки. Короче говоря, сделать все четко «по-научному».

Такой работой, как нами уже сообщалось ранее, занимаются в Институте теплофизики СО РАН. В свое время процессы, происходящие в топочных котлах, ученые научились моделировать в жидкой среде, для чего была сконструирована специальная установка – уменьшенная копия реального котла действующей ТЭЦ (о чем мы в одной из статей рассказывали подробно). Надо сказать, что это была достаточно оригинальная находка. По крайней мере, с помощью такой установки можно было своими глазами увидеть (благодаря прозрачным стенкам) «физику» данного процесса. В воде образовывался вихревой «жгутик», который как раз моделировал вихревое ядро потока раскаленных газов. Потом это можно было спроецировать на реальную топку. Почему ученые прибегли к такой модели? Потому что, как мы уже отметили, работать с раскаленными газами не очень-то удобно. Вода оказалась предпочтительнее, главным образом – с точки зрения визуализации процесса. 

Однако прогресс происходит и в области самих методик исследования. Два года назад в Институте появился новейший экспериментальный стенд для исследования аэродинамики и процесса смешения в моделях вихревых топочных устройств. Этот стенд представляет собой полностью автоматизированную систему, оснащенную всеми необходимыми для исследований измерительными приборами. Собственно, именно благодаря новейшим измерительным приборам, куда входят лазерная доплеровская измерительная система ЛАД-056 и PIV-система «Полис», оснащенные специализированным программным обеспечением, разработанные в самом Институте), ученые получили возможность не прибегать здесь к таким «хитростям», как использование воды для моделирования процесса. Здесь они имеют дело с газом. Не с раскаленным, конечно же. Процесс исследуют, используя сжатый воздух и дым на основе глицерина (это так называемый «засеянный трассерами поток»). 

Ключевое слово здесь – аэродинамика. Как пояснил старший научный сотрудник лаборатории радиационного теплообмена Игорь Ануфриев, «аэродинамика определяет весь процесс сжигания в любых топочных устройствах». Как раз с помощью такой установки, опираясь на точные измерения, можно делать выводы о качестве организации аэродинамики. Параллельно создается математическая модель для численных расчетов, которые сопоставляются с результатами, полученными в ходе экспериментальных исследований. Опираясь на эту проверенную модель, можно рассчитывать конкретный топочный процесс и применять подобные расчеты в целях усовершенствования конструкций существующих топок.

В данном случае речь идет о вихревой топке Николая Голованова, конструкцию которой специалисты лаборатории радиационного теплообмена Института Теплофизики пытаются усовершенствовать, используя указанный стенд с моделью данной топки. Сама топка, по словам Игоря Ануфриева, имеет целый ряд преимуществ. Например, малые габариты, сжигание топлива в вихревом потоке с горизонтальной осью, что повышает полноту сгорания. Однако есть много важных нюансов в организации самой аэродинамики, которую необходимо тщательно исследовать, чтобы довести конструкцию до совершенства. В частности, имеет место «прилипание» струи к одной из стенок, имеются застойные области, возвратные течения. Исследование этих процессов с помощью новейшего оборудования призвано устранить все эти недостатки.

Отметим, что таких возможностей еще не было в те годы, когда вихревая топка Голованова разрабатывалась. И только теперь, с появлением новейших методик исследования, наши специалисты могут вывести данную разработку на новый уровень. А откровенно говоря – на мировой уровень. Ведь технологии исследования адекватны технологиям самих разработок. Тем-то, собственно, ученые и отличаются от кустарей и простых рационализаторов.

Причем немаловажно то, что эти исследования на стенде проводятся в рамках научно-образовательной деятельности НОЦ "Энергетика", созданного ИТ СО РАН и НГУ. И самое интересное, что здесь много молодых людей. Так, на стенде работают магистранты физфака, один из которых – Евгений Шадрин – является в 2013-14 учебном году лауреатом стипендии им. академика С.С. Кутателадзе, учрежденной ученым советом Института для студентов за успехи в учебе и достижения в научно-исследовательской работе. Так собственно, в работе с новейшим оборудованием, формируется молодая смена наших ученых.

Олег Носков

Пора переводить городской транспорт на метановодородное топливо

14 мар 2014 - 07:21

Без автомобиля современную цивилизацию представить себе просто невозможно – сегодня это самый распространенный вид как личного, так и общественного транспорта. Но автомобили несут в нашу жизнь не только мобильность и комфорт. Автомобильный транспорт стал сегодня основным источником загрязнения воздуха в большинстве крупных городов мира. Поэтому неудивительно, что экологические требования к топливу и работе двигателя «железного коня» год от года ужесточаются.

Еще одна устойчивая тенденция последних лет – постоянный рост цен на бензин и дизельное топливо. Все это в совокупности подталкивает производителей и самих владельцев авто к переводу автомобилей на газообразные виды топлив. А также  - к поиску способов снизить расход топлива.

Идея, с которой выступили сотрудники Института катализа СО РАН, довольно проста. Известно, что в городских условиях двигатель транспортного средства продолжительное время работает на малых и средних нагрузках, сопровождающихся при этом “пережогом” топлива и значительными выбросами вредных продуктов сгорания. Если в этот момент переводить работу двигателя на так называемый обедненные топливные смеси, то можно заметно снизить и расход топлива, и выбросы в атмосферу.

Кстати, работу в этом направлении ведут не только в Новосибирске, схожими исследованиями занимаются научные центры ряда ведущих мировых автомобильных концернов. Но сказать, насколько они продвинулись в данном направлении трудно: коммерческая тайна в этой области охраняется не хуже иных военных секретов.

Но, хотя пути решения, вероятно, у каждой группы разработчиков свои – сложности им приходится преодолевать одни и те же. Известно, что «минусы» часто являются продолжением «плюсов». Так было и в случае с обедненной топливной смесью (потому и более экономичной) – главная проблема: как обеспечить устойчивую работу двигателя без существенной потери мощности. Но ученым ИК СО РАН удалось решить эту задачу. О том, как это удалось сделать и какие перспективы у этого направления в нашей стране, рассказывает руководитель группы разработчиков, д.т.н. Валерий Кириллов.

– Решить проблему можно было, добавив к топливу водород. Но использовать в одной машине две топливных системы неудобно. Да и мест, где можно «заправиться» водородом тоже не так много. Поэтому мы пошли по пути получения водородосодержащей смеси из основного топлива непосредственно на борту автомобиля во время работы двигателя. Нами был создан  и добавляет к основному топливу.

– Вся работа проходила в стенах Института катализа?

– Конечно, нет. Это результат кооперации нескольких научных учреждений. Мы создали катализаторы, обеспечивающие необходимую химическую реакцию в сложных условиях. А сами генераторы разрабатывались в сотрудничестве с Российским федеральным ядерным центром РФЯЦ ВНИИЭФ (Саров), система управления в кооперации с ОАО “Газомотор – Р”, г. Рыбинск,  проведение испытаний осуществлялось  на стендах  ОАО Заволжский моторный завод (г. Заволжье) и в Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте «НАМИ» (Москва).

– Насколько известно, схожие работы вели многие зарубежные исследователи. В чем новизна Вашей разработки?

– Да, работы велись, но не всегда успешно. В США еще в прошлом веке были осуществлены испытания автомобиля “Шевроле” с двигателем, оснащенным дополнительно генератором синтез-газа. Но поскольку им не удалось создать эффективные катализаторы для его работы и решить еще ряд технических проблем, массового применения эта технология так и не получила. Другие зарубежные разработки ориентировались на применение т.н. гайтанового топлива (смесь 80% природного газа и 20% водорода). Но поскольку состав гайтанового топлива нельзя изменять в зависимости от режимов работы двигателя, то преимущества добавления водорода значительно уменьшаются. И в 2010 году фирма «Westport» – разработчик этого метода – объявила о  прекращении работы в этом направлении. Ведут работы немецкие автоконцерны, ряд проектов финансируется министерством энергетики (США). Но пока они не делали открытых заявлений о серьезных прорывах в этой области. Поэтому мы можем говорить, что нашли принципиально новое решение этой задачи.

– Насколько далеко Вам удалось продвинуться в практическом воплощении этой технологии?

– Мы прошли практически все этапы разработки и внедрения технологии. Сначала – провели стендовые испытания. Они показали, помимо экономии топлива, резкое снижение (в 7-8 раз) выбросов оксидов азота и заметное снижение содержания СО2 в выхлопных газах. То есть, транспорт оборудованный таким генератором, становится не только экономичным, но и экологичным. Затем перешли к испытаниям на автомобилях. Генераторы были установлены на два автомобиля ГАЗ#2310 (“Соболь”). Причем, система, смонтированная в моторном отсеке автомобилей, позволяла отрабатывать режимы работы двигателя для нескольких вариантов состава топлива: только на бензине; только на природном газе; только на синтез-газе и в первых двух вариантах с добавками синтез-газа.

Для проведения полномасштабных дорожных испытаний бортового ГВГ было принято предложение ОАО «Газпром» принять участие в 2008 г. в пробеге “Голубой коридор” по маршруту В. Новгород–Санкт-Петербург–В. Новгород–Тверь–Москва–Московская область. Общая протяженность трассы составила 2235 км. В 2009 г. Автомобиль «Баргузин», оборудованный такой же системой, принял участие в очередном автопробеге, организованном ОАО «Газпром», по маршруту Москва–Сочи–Москва (4630 км).

Там подтвердились результаты стендовых испытаний. Затраты на 100 км пробега в ценах на топливо на момент пробега (июнь 2009 г.) при переходе с бензина на природный газ снизились в 3.28 раза, а при использовании природного газа с добавками синтез-газа – в 3.83 раза.

– Ваша система испытывалась только на отечественных автомобилях?

– Дело в том, что для проведения испытаний, монтажа системы, необходим полный доступ к электронной системе транспортного средства. Зарубежные производители по понятным причинам такого доступа не дают, поэтому работали только с нашими автомобилями. Но, когда в 2009 году мы представили нашу разработку на международной выставке в Ганновере, она вызвала немалый интерес у иностранцев. К сожалению, развернуться сотрудничеству тогда помешал начавшийся мировой экономический кризис.

– Испытания прошли, а промышленное производство пока не началось. Почему?

– Сначала отечественный «автопром» просто был в глубоком кризисе, заводам было не до внедрений. А сегодня почти все крупные заводы являются совместными предприятиями с зарубежными концернами. Их иностранные партнеры заинтересованы во внедрении собственных технологий, «заточенных» под их модельный ряд и существующие на Западе производства. Поэтому интерес наша технология вызывает  только у небольших предприятий, ориентированных на штучное производство. Сейчас, например, большую активность проявляет губернатор Нижегородской области Валерий Шанцев. Его администрация намерена реализовать программу по оборудованию части областного автобусного парка («ПАЗ») нашими генераторами, решив таким образом задачу удешевления пассажирских перевозок.

– Если говорить о возможных сферах применения бортовых генераторов, то это…

– Прежде всего городской транспорт(автобусы и небольшие грузовики). Во первых, именно у них получается оптимально соотношение стоимости генератора и расходов на топливо. Цена нашего прибора сегодня колеблется в районе 1-2 тысяч долларов и соответственно расходы окупаются за год-полтора. А во-вторых, у них «места под капотом» больше и генератор установить намного проще. Сама технология, повторю, полностью готова, есть соответствующие договоренности с РФЯЦ ВНИИЭФ  и  Газомотор -Р  о возможном налаживании производства. Нет пока пакета заказов. Но думаю вскоре ситуация изменится. У нас в стране природный газ как топливо для транспорта стал серьезно рассматриваться только в последние годы. Движение в этом направлении началось. А бортовые генераторы лучше всего использовать с этим видом топлива. Да и экологические нормативы становятся все строже. Так что, будущее у нашей технологии есть.

Георгий Батухтин

Ситуация с производством в Новосибирске лазерной техники не очень простая

14 мар 2014 - 07:15

Мы уже сообщали о том, что американская компания IPG Photonics планирует запустить в Новосибирске производство лазерных приборов, где должны использоваться оптические элементы на основе LBO-кристаллов, широко применяемых сегодня в нелинейной оптике (в так называемых перестраиваемых лазерных системах). Напомним, что технология выращивания таких  кристаллов была в свое  время освоена специалистами Института геологии и минералогии СО РАН, где в данном направлении работает целая лаборатория. На сегодняшний день этими технологиями овладели только четыре страны – Россия, Франция, США и Китай. Причем французы во многом здесь обязаны именно специалистам Института геологии и минералогии, с которыми налажено сотрудничество. Китайцы также серьезно интересуются нашими разработками.

Как утверждает директор Института геологии и минералогии академик Николай Похиленко, LBO-кристаллы, выращиваемые в институтской лаборатории, обладают уникальными качествами и пользуются спросом за рубежом. По его словам, уже получены кристаллы весом боле полутора килограммов. В принципе, учитывая наработанный в этой сфере опыт и практику чисто коммерческого взаимодействия с производителями приборов, ничто не мешает Институту геологии и минералогии поучаствовать в организации производства таких кристаллов для применения их в отечественной технике.

Причем, речь идет о достаточно мощных твердотельных лазерах, которые могут иметь весьма широкий спектр применения. Они могут использоваться, например, в системах оптико-волоконной связи. Или использоваться в качестве инструментов для резки больших металлических заготовок, для точечной сварки. По мнению Николая Похиленко, такие устройства очень востребованы в современном автомобилестроении и самолетостроении.

В принципе, ни одно современное предприятие не может обойтись без лазерной техники. Не исключено также и двойное назначение подобных лазерных систем. По крайней мере, в США именно так и происходит. Иначе говоря, такие лазеры могут использоваться и в военной технике. Мало того, с их помощью пытаются запустить управляемый термоядерный синтез.

информация о том, что в национальной лаборатории Министерства энергетики США, расположенной в Ливерморе, был достигнут весьма обнадеживающий результат. Поэтому производство лазеров, безусловно, направление весьма перспективное. И сотрудничество наших ученых с упомянутой компанией нельзя не приветствовать. Главное, чтобы такое предприятие было все-таки создано.

Не так давно, как мы помним, губернатор Новосибирской области Василий Юрченко уже ставил вопрос об организации в Новосибирске предприятия по выпуску современных лазеров. Это должно быть, по замыслу губернатора, достаточно крупное производство. Один такой завод в настоящее время строится во Фрязино. И было бы логично подобное предприятие запустить и у нас, особенно учитывая то обстоятельство, что для этого есть необходимый кадровый потенциал и научно-исследовательская база. Как сказал Николай Похиленко, с дочерней компанией IPG Photonics уже были достигнуты договоренности о создании совместного производства для выпуска необходимых оптических элементов. Поэтому можно надеяться, что теперь LBO-кристаллы будут востребованы в родном городе.  «Мы будем поставлять туда свои кристаллы, которые станут «сердцем» лазера. И очень здорово, что наши разработки найдут применение в нашей стране», – с оптимизмом отметил Николай Похиленко. 

Ученый пояснил: «Фирма, которую мы создаем совместно с IPG Photonics, предполагает строительство нового корпуса для расширения производства LBO-кристаллов. Мы входим в этот проект  с нашими ноу-хау, с нашими технологиями. А наши партнеры входят со своей оснасткой, со своим корпусом, «железом», с ростовыми установками, печами, системами управления и всем остальным».  В принципе, вполне нормальная форма сотрудничества: частный инвестор обеспечивает материально-техническую базу, Институт подключает к этому делу «мозги».

К сожалению, однозначно предсказать будущее данного проекта сложно, несмотря на его очевидную практическую востребованность. Во всяком случае, в настоящее время сотрудники лаборатории роста кристаллов предостерегают от каких-либо поспешных заявлений на этот счет. По их словам, из-за процессов «реорганизации» РАН научные коллективы находятся в полной неосведомленности относительно перспектив дальнейшей работы.

И пока руководство Института ведет работу с частными инвесторами, государство, что называется, посылает крайне противоречивые сигналы насчет существования самой академической науки. Такая двусмысленная ситуация, по признанию молодых сотрудников, создает весьма нервный эмоциональный фон, что, конечно же, негативно сказывается на текущей работе.

Конечно, в случае создания производства, за счет частного инвестора грамотные специалисты могут найти достойное применение своим знаниям. Однако надо понимать, что академическая наука связана с непрерывным получением новых знаний, и те исследования, что проводят в своих лабораториях ученые, имеют, прежде всего, фундаментальное значение. Так называемые хоздоговорные отношения, на которые научные учреждения активно переходили в 1990-е годы, были во многом продиктованы материальной необходимостью. Если же специалист полностью перейдет в производственную сферу, то он просто-напросто выйдет за рамки академической науки. И как было сказано выше, Институт геологии и минералогии участвует в упомянутом проекте своими «мозгами», своими знаниями. А эти знания добываются в лабораториях Института, то есть в составе СО РАН. И если государство доведет научные учреждения до депрессивного состояния, то откуда будут браться эти самые знания? Ведь нанеся удар по интеллектуальному потенциалу, мы как раз лишимся тех самых «мозгов», благодаря которым и создаются все технические инновации. Не ровен час, когда в Новосибирск придется зазывать ученых из Китая.

Олег Носков

Страницы

Подписка на АКАДЕМГОРОДОК RSS