ПОЛЯ МОГУТ СТАТЬ НЕФТЯНЫМИ СКВАЖИНАМИ
Ученые открывают перспективы для аграрного сектора
Достижения биологии, химии, инженерных наук применяются для решения многих задач сельского хозяйства — это производство эффективных безопасных кормов, удобрений, средств агрохимии, повышение урожайности и производства молока и так далее. Но на взаимодействие сельхозпроизводства и науки сейчас можно посмотреть совершенно под другим углом. О том, какие перспективы ученые открывают для аграрного сектора, поговорили с директором АНО «Нижегородский НОЦ», руководителем Института металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева Российской академии наук, членом-корреспондентом РАН Игорем Федюшкиным.
Волокна послужат арматурой
Из растительных волокон всегда производили тканые материалы. Однако сейчас ученые придумали использовать волокна не в чистом виде, а в качестве одного из компонентов композитных, то есть составных, материалов. — Композитные материалы содержат разные компоненты, а их соединение придает материалам особые свойства, — рассказывает Игорь Леонидович. — Растительное волокно, которое имеет природное происхождение, можно соединить с другими материалами. Композиты — легкие и прочные, из них можно делать корпуса автомобилей, крылья для самолетов и другие конструкции. Есть идея получить такие материалы. Нижегородские ученые думают над новыми способами использования растительных волокон, в том числе конопли и льна. — Основа конопляного волокна — это углерод, — объясняет профессор. — Если мы уберем из него неуглеродные атомы, получим высокоуглеродное волокно, которое можно использовать в качестве каркаса для полимеров. То есть мы сделаем композитный материал на основе углеволокна. Сейчас композиты получаются в основном из синтетических материалов, а не из растительного сырья. Ученые пока не могут точно сказать, как пойдет дело с конопляным волокном, но они начали изучать возможности его использования. Для этого волокно нужно получить, очистить, разделить на фракции. Для исследования будут использовать современные научные приборы, которые позволяют заглянуть вглубь материи и увидеть объекты размерами до нескольких десятков нанометров. Когда ученые будут знать состав, структуру и свойства волокна, они начнут работу по получению композитных материалов. А дальше откроются перспективы их применения, например, в медицине и машиностроении. По словам Игоря Федюшкина, подобным образом можно использовать и лён. Льняное волокно, вероятно, будет отличаться от конопляного волокна, но несильно. В Нижегородской области лён всегда выращивали и перерабатывали, в прошлом из него делали пеньку, текстиль. Но сейчас ученые хотят забраться в свойства волокна поглубже, модифицировать и трансформировать его. Вообще, тема изучения и использования растительных волокон в нижегородской науке новая, она появилась полтора года назад. Инициатором исследований стала компания «Нижегородские волокна конопли». Исследования будут проводиться на базе Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева, Приволжского исследовательского медицинского университета и Института металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН. Ученым эта тема интересна.
Спасти планету от пластика
Из растительного сырья можно получить не только композитные материалы, но и синтетические полимеры — это еще одно направление, которым занимаются в Нижегородском НОЦ. — Получение современных материалов из растительного сырья — это очень важно, потому что они, в отличие от традиционных пластиков, могут разлагаться в природе, — отмечает Игорь Леонидович. — Таким образом, мы можем решить экологическую проблему, связанную с накоплением на планете полимерных отходов. Чтобы понять, о чем речь, немного углубимся в химию. Из растений можно выделить относительно простые органические вещества, а из них — построить большие молекулы. Это и будут полимеры. Полимер представляет собой длинные цепочки, состоящие из повторяющихся звеньев. Он синтетический, то есть не встречается в природе, в условиях окружающей среды разлагается. К таким полимерам относится полилактид. Технология его получения следующая. Берется углеводсодержащее растительное сырье, например, кукурузный или картофельный крахмал, которое подвергается брожению. При этом из углеводов образуются низкомолекулярные соединения, в том числе, молочная кислота. Эта кислота достаточно простая органическая молекула, которая однако может образовать длинную полимерную цепочку, содержащую сотни и тысячи остатков молочной кислоты. — Такие полимеры могут заменить многие пластики — полиэтилен, полипропилен и так далее, — объясняет ученый. — Каждый год в мире производится 350 миллионов тонн различного пластика. Традиционные полимеры — упаковка для продуктов питания, корпуса бытовых приборов и гаджетов, синтетические ткани и многое другое, с чем мы имеем дело каждый день, не распадаются в окружающей среде в течение сотен лет. Подавляющее большинство пластика не утилизируется, накапливается в окружающей среде и наносит ей вред. Полилактид, его еще называют полимолочной кислотой, в отличие от привычного пластика, в естественных условиях — в лесу, в водах мирового океана — постепенно разлагается под действием микроорганизмов. Полимер распадается на молочную кислоту, она, в свою очередь, превращается в углекислый газ и воду. А теперь представьте, что из такого материала сделаны привычные вещи. Будучи выброшенным, оказавшись в природе, такой предмет со временем просто исчезнет. Ученые предполагают, что широкое использование биоразлагаемых материалов может спасти планету от превращения в «пластиковую» свалку. Но тут есть сложность — такие полимеры пока дорого стоят, поэтому производители товаров не готовы заменить ими обычный пластик. По словам директора АНО «Нижегородский НОЦ», ключ к широкому применению материала кроется в катализаторах, которые нужны для получения самого полимера. Как раз такие катализаторы и разрабатываются сейчас в одном из проектов НОЦ. Работы ведутся в Институте металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН совместно с Приволжским исследовательским медицинским университетом. Нижегородские ученые исследуют полимеры на цитотоксичность, биосовместимость, выясняют сроки их разложения. — Такие полимеры уже используются в России в качестве временных имплантов в стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, но это импортная продукция. Производства полилактида в России нет, — говорит Игорь Федюшкин. — Задача НОЦа помочь разработки ученых превратить в продукцию, которая будет востребована. А сферы применения новых материалов могут быть самые разные. При чем тут сельское хозяйство, спросите вы? У нас в регионе нет нефти, но есть земля, на которой можно выращивать растения. Растительное сырье, в отличие от углеводородов, может быть получено практически на любой территории, это возобновляемый источник. Тут открываются перспективы для владельцев земли, сельхозпроизводителей. Превратятся ли поля в новые «нефтяные скважины»? Пока трудно сказать, но тут есть над чем призадуматься. — Растительное сырье — это современный мировой тренд, — объясняет Игорь Леонидович. — Понятие «green chemistry» — что значит «зеленая химия» — включает в себя много смыслов, один из них — это то, что источником химических веществ являются растения. Составлен список десяти веществ растительного происхождения, из которых можно сделать практически всё то, что делается из нефти. Молочная кислота в этом рейтинге на шестом месте.
Теплицам — больше света
Нижегородский научно-образовательный центр — одна из пяти инновационных площадок, созданных в 2019 году в рамках реализации нацпроекта «Наука». Они задуманы, как центры мирового уровня, помогающие ускорить технологическое развитие страны. Основные направления деятельности НОЦ — интеллектуальные транспортные системы, высокотехнологичная медицина и медицинское приборостроение, экология, инновационные производства, материалы, цифровые технологии. В Нижегородский НОЦ сейчас входят 37 участников — 9 университетов, 22 предприятия, 4 института РАН, Российский федеральный ядерный центр и АНО «Нижегородский НОЦ». В технологическом портфеле НОЦ в настоящее время 110 проектов. Еще одно интересное направление, связанное с сельским хозяйством, которым занимаются сотрудники Института металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН, — микроудобрения. Это соединения некоторых металлов, микроэлементов, таких как цинк, медь и другие. Растения в больших количествах их не накапливают, но без них чувствуют себя плохо. Таких удобрений нужно малое количество, но они помогают повысить урожайность, например, бобовых культур. В ИМХ РАН разработаны водорастворимые формы удобрений, которые легко усваиваются растениями. Другой проект ученых нацелен на увеличение урожайности тепличных растений. Специалисты ИМХ РАН разработали просветляющее покрытие для стекол, которые используются в теплицах. — Прозрачные силикатные стекла, которые используются в быту и в промышленности, пропускают, как правило, не более 90 процентов солнечного света. Стекла с более высоким светопропусканием стоят дороже и используются, например, в тепличных хозяйствах, — рассказывает Игорь Федюшкин. — Покрытие, которое разработали химики в ИМХ РАН, позволяет повысить светопропускание обычного стекла на 7-8 процентов. То есть мы можем добиться практически полного прохождения солнечных лучей через стекло с таким покрытием. При этом технология относительно доступна. Это, безусловно, имеет хорошие перспективы, поскольку поможет хозяйствам сэкономить. Кроме того, покрытие гидрофобно, то есть грязь на нем не скапливается. Теплицы с таким стеклом не придется часто мыть, что тоже имеет значение. Рассчитываем, что технология будет внедряться в хозяйствах региона. Не исключено, что в ближайшее время появятся и другие проекты, которые будут полезны аграрному сектору.
Анастасия СЕРГЕЕВА.
Фото автора и из архива НОЦ.
К Нижегородскому НОЦ присоединились восемь новых участников — четыре предприятия и четыре вуза, среди которых Московский политехнический университет, Нижегородский педагогический университет имени Козьмы Минина, Волжский государственный университет водного транспорта. Примкнувшие компании нацелены на внедрение высокотехнологичных разработок. Например, один из заводов заинтересован в композитных материалах для автомобилей, другое предприятие разрабатывает новые компоненты, улучшающие эксплуатационные свойства полимерных материалов. По словам заместителя губернатора Нижегородской области Андрея Саносяна, немало внимания в регионе уделяется развитию науки и образования. — Мы понимаем, что наиболее эффективный механизм реализации инновационных проектов — это кооперация с реальным сектором экономики, — отметил Андрей Саносян. — Наука, образование и бизнес неразрывно связаны. В построении этого взаимодействия — ключевая задача Научно-образовательного центра. Поэтому важно видеть среди новых участников НОЦ как вузы, так и предприятия. По словам директора АНО «Нижегородский НОЦ» Игоря Федюшкина, новые участники получат поддержку в поиске партнеров и инвесторов и смогут участвовать в жизни центра и помогать его деятельности.
#газета #землянижегородская #ноц #наука #химия #биология
