В Южно-Уральском государственном университете состоялся Открытый семинар по экологическим разработкам ЮУрГУ с участием депутата Государственной Думы, председателя Комитета Госдумы по экологии и охране окружающей среды Владимира Бурматова.
На семинаре обсуждались следующие направления: чистый воздух, чистая вода, переработка твердых коммунальных отходов и технологии ресурсосбережения.
Компетенции Южно-Уральского государственного университета в области экологии и ресурсосбережения
Одним из важнейших направлений развития университета является экология. Актуальность этого направления обусловлена, прежде всего, потребностями региона. Челябинск – город с населением 1,2 млн. человек, в котором расположено более 10 крупных промышленных предприятий, в основном металлургического профиля. В результате неправильного планирования многие предприятия оказались расположены недалеко от жилых кварталов. По массе выбросов загрязнений промышленными предприятиями и автотранспортом Челябинск занимает 12 место среди городов России.
Совокупность экологических проблем остро поставило вопрос о необходимости создания на базе Южно-Уральского государственного университета центра передового опыта для решения проблем окружающей среды. Научные сотрудники и работники факультетов объединили свои усилия в ряде экологических проектов.
За 30 лет вузом было подготовлено более 1000 специалистов в области экологии, по проблемам экологии защищено более 20 кандидатских диссертаций, ежегодно публикуется более 10 научных статей в журналах уровня Топ-25, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science, выполняется 3-4 научных гранта и более 10 проектов по заказу предприятий. Благодаря всему перечисленному у ЮУрГУ имеется существенный образовательный и исследовательский задел в решении проблем экологии.
Чистый воздух
В этом направлении у ученых ЮУрГУ уже имеется ряд наработок.
Создан проект «Экомонитор». Предполагается создание сети датчиков на различные газы (СО, СО2, NOx, H2S, SO2 и другие), а также температуры, давления, влажности, скорости и направления ветра. Разработана пилотная версия программы, которая, основываясь на данных, полученных из этой сети, рассчитывает распространение загрязнений по территории и позволяет не только определять концентрации загрязнений в любой точке, но и рассчитывать изменение этих концентраций, в зависимости от погодных условий. В развитии, программа будет учитывать рельеф местности. Партнерами университета по данному блоку являются: ПАО «ММК», Уральское межрегиональное Управление Росприроднадзора.
В ближайшем будущем рассматривается формирование систем мониторинга воздуха с применением сенсоров производства компании «Эмерсон».
Кроме того, в развитии этого направления планируется создание первой в России системы онлайн мониторинга чистоты воздуха.
Чистая вода
Примером задела по данному блоку является проект «Фотокаталитическая (безреагентная) очистка воды от стойких органических загрязнений». Существующие способы очистки воды от стойких органических загрязнений очищают одну среду, но загрязняют другую. Фотокаталитическая очистка разлагает органические загрязнения до углекислого газа и воды. Существующие катализаторы не применяют в промышленности из-за малого размера зерен. Проблему решает композитный материал, состоящий из инертной гранулы, заполненной наночастицами фотокатализатора. Данные материалы эффективны в отношении стойких органических соединений, в том числе фенола, бенз(а)пирена, красителей, пестицидов, гербицидов и других.
Одной из перспективных разработок является проект «Сорбент», осуществляемый более 15 лет. Учеными ЮУрГУ разработан не имеющий аналогов в мире сорбционный материал, обладающий способностью к необратимому поглощению и удерживанию в своей структуре катионов тяжёлых металлов, в том числе радионуклидов. Металлы-загрязнители включаются в структуру сорбента с последующей минерализацией (процесс аналогичен природному образованию рудных минералов). Возврат тяжелых металлов в очищаемую среду невозможен без применения специальных технологий
Разработанные сорбенты дешевы и легки в использовании, они отлично зарекомендовали себя в необратимой сорбции не только тяжелых металлов, но и радионуклидов. Проект получил высокую оценку Министерство экологии Челябинской области и Управления Росприроднадзора по Челябинской области.
Совместно с ФГУП «НПО «Техномаш» разрабатывается мобильная система экспресс-анализа воды. Основными требованиями к системам анализа является чувствительность и избирательность. Разрабатываемая технология основана на применении флуоресцетных квантовых точек, обеспечивающих низкие – до пикомоль – предел определения, а высочайшая избирательность достигнута за счет применения антител. Одновременное использование различных флуоресцетных меток позволяет определять несколько поллютантов одновременно. Блок анализа весит не более двух килограммов и в настоящее время тестируется в Москве.
На сегодня по разработке исследований в этом направлении создана международная коллаборация с Университетом Овьедо и Университетом Гента.
.jpg)
Переработка твердых отходов
В ЮУрГУ разработана и запатентована технология переработки шлаков медеплавильного производства, позволяющая получать путем переработки высокопрочный материал, соответствующий лучшим твердосплавным образцам, а также пропанты – гранулированные сферические частицы, которые используются в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта (ГРП).
Ранее упоминавшийся проект «Сорбент» с производством материалов для очистки природных поверхностных вод также использует отходы доменного производства, ферросплавного и сталелитейных производств.
Исследователями Высшей медико-биологической школы предложен проект по комплексной очистке промышленных вод, который включает: разработку гибридной системы переработки воды с использованием озонирования и биокатализа, например, гидродинамическая кавитация с озонированием а также фотокаталитический реактор с биокаталитическим процессом; оптимизацию критических параметров разложения микрополлютантов в поверхностных водах.
Технологии ресурсосбережения
Высокоэнтропийные материалы очень разнообразны и отличаются от других материалов не столько специфическими свойствами, сколько структурой и особым подходом к подбору их состава. Этот подход позволяет получать материалы, которые ранее никем не получались и соответственно их свойства никогда не исследовались. При этом сама структура таких материалов позволяет, в частности, ожидать от них проявления заметного уровня каталитических свойств (наряду с высокими механическими характеристиками, устойчивостью к радиации и коррозионной стойкостью).
Применение материалов с таким составом и структурой в экологических приложениях можно выделить следующие направления, в которых университет имеет компетенции:
- создание новых высокоэнтропийных электрохимических катализаторов, позволяющих разработать высокоэффективные топливные элементы;
- создание новых высокоэнтропийных катализаторов разрушения органических загрязнителей в ходе AOP процессов
- создание новых высокоэнтропийных катализаторов для дожигания топлива
- создание новых высокоэнтропийных термоэлектрических материалов для устройств, позволяющих использовать низкотемпературное тепло выделяющееся и теряемое в ходе работы технических систем.
Технология нанесения многофункциональных покрытий на поверхности деталей узлов машин и агрегатов повышает экологичность производства в части ресурсосбережения, что является основным показателем высокотехнологичных производств.
Использование новых методов и оборудования не только повышают качество изготавливаемых изделий, но и позволяют значительно снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, а также химические и твердые отходы, образующиеся при производстве изделий.
ЮУрГУ имеет компетенции в области новых технологий нанесения покрытий методами лазерной наплавки и газотермического напыления (детонационное напыление), которые заменяют устаревшие и экологически вредные технологии (в частности, гальванические).
Перечисленные методы позволяют получать покрытия с высокими физико-механическими и химическими свойствами (упрочняющие, жаропрочные, коррозионностойкие и другие). Предложенные способы позволяют получать градиентные, многослойные и покрытия из практически любых материалов (высокоэнтропийные сплавы, суперсплавы, керамика, различные композиты).
Сфера применения данных технологий довольно обширна: машиностроение, нефтяная и газовая промышленность, энергетика, металлургия, авиация. К конкурентным преимуществам можно отнести: лучшие прочностные и износостойкостные характеристики по сравнению с конкурентами; стоимость нанесения покрытий ниже, чем у покрытий, наносимых по классическим технологиям; экологически безвредный процессы нанесения.
Новые солнечные батареи на основе органических материалов разрабатываются в университете с 2015 года. Получены образцы органических полупроводников, имеющих по предварительным данным значительно более высокие фотовольтаические характеристики, чем существующие мировые аналоги. В настоящий момент ведётся работа над разработкой прототипа. Проект выполняется совместно с Институтом органической химии РАН, получил поддержку РНФ, РФФИ, а также Минобрнауки РФ.
Биоразлагаемые пленочные экоматериалы и одноразовая посуда. Научный коллектив кафедры «Пищевые и биотехнологии» ВМБШ активно занимается созданием биоразрагаемых материалов. Это альтернатива пластикам, которые формируют основной массив трудно перерабатываемых ТКО. Разработки в этой области основаны на использовании в качестве сырья вторичных продуктов перерабатывающих предприятий АПК и различные виды крахмала. Важно, что применяемые технологии экологичны, а ресурсы сырья доступны. Сегодня в ЮУрГУ получены новые пленочные экоматериалы и биоразлагаемая одноразовая посуда.