По пути в Наукоград

Мечта кузбасских ученых


Есть такая светлая и перспективная мечта у наших ученых — создать в Кузбассе серьезный научный центр, Угленаукоград. Один из этапов пути к нашему аналогу новосибирского Академгородка — Центр коллективного пользования Кемеровского научного центра СО РАН и аналитических лабораторий Института углехимии и химического материаловедения СО РАН — работает в Кемерове уже два года. Ученые рассматривают открытие этого комплекса как первый шаг к созданию серьезной современной исследовательской базы будущего города угольной науки.

Начало

Идея создания в Кузбассе Угленаукограда как подразделения Сибирского отделения РАН впервые прозвучала летом 2010 года на встрече губернатора Амана Тулеева с председателем СО РАН академиком Александром Асеевым и председателем Кемеровского научного центра СО РАН академиком Алексеем Конторовичем.

Согласно проекту: предполагалось, что в Угленаукограде будут жить и работать 7 000 человек, 3 500 из них — научные сотрудники и их семьи. Площадь научной зоны предполагалась в районе 15,2 гектара, жилой зоны — 18,9 га, малоэтажной застройки на территории ботанического сада — 34,4 га. Структура жилого фонда многоэтажной застройки: однокомнатные квартиры — 28%, двухкомнатные — 52, трехкомнатные — 16 и четырехкомнатные — 4%. Административные здания КемНЦ СО РАН: Дом ученых, полезная площадь 1 900 кв. м, здание президиума (1 350 кв. м), гостиница на 200 мест. Ориентировочная стоимость строительства на тот момент (в текущих ценах 2010 года) составляла 16,5 млрд рублей.

Несмотря на постоянные кризисы, преследующие нас на сломе эпох, шаг за шагом мечты воплощаются в жизнь. В 2009 году был сдан в эксплуатацию новый корпус Института угля и углехимии. В 2013 году РАН открыл в Кемерове первый в Кузбассе центр коллективного пользования (ЦКП) для детального изучения состава и качества углей. В течение двух лет Кемеровский научный центр совместно с Институтом углехимии и химического материаловедения на средства СО РАН закупали самое передовое импортное оборудование. На это было направлено порядка 120 млн рублей.

ЦКП

— До этого момента центр существовал фактически на бумаге, — рассказывает Сергей Анатольевич Созинов, его руководитель. — Были какие-то единицы оборудования, но очень мало. Новая жизнь проекта началась, когда было принято решение выделить средства на закупку современного оборудования наших институтов. После этого стал вопрос: куда его ставить, кто на нем будет работать? Тогда центр и привели к настоящему современному виду. Потому что понятно: поднимать углехимическую науку в Кузбассе без лабораторий и оборудования никак не получится.

Надо сказать, что до открытия этого уникального лабораторного комплекса кузбасские ученые для проведения детального качественного анализа состава угля и получаемых из него продуктов были вынуждены обращаться в другие города. Сегодня ученые Института углехимии и химического материаловедения могут проводить исследования любой сложности в области углехимии материаловедения практически в шаговой доступности. И кроме исследовательской деятельности, у ЦКП есть еще одна функция, не менее значимая. Образовательная. В рамках соглашений с нашими ведущими вузами в центре проходят практику студенты, для старших курсов проводятся лабораторные работы. Проходит сопровождение диссертаций и магистерских работ.

— Уникальность нашего лабораторного комплекса в том, — говорит Сергей Анатольевич, — что в нашей области такого оборудования не было просто никогда. Поэтому оно уникально для нашей науки, для научных институтов, для вузов. А второе — есть такие образцы, которые появились впервые в Сибирском федеральном округе. Сейчас, конечно, время идет, и научные центры Сибири приобретают новое оборудование, но на 2013 год некоторые единицы были уникальны даже за Уралом. Похожие центры уже есть в нескольких регионах страны, но по угольной тематике наш центр стал первым.

Главной задачей сотрудники комплекса ставят перед собой всестороннее изучение состава, структуры угля, его свойств — химических, теплотворных и так далее. Прежде всего, чтобы понять, что из угля можно делать еще. Не просто сжигать его, но перерабатывать.

Основная мысль: пора перестать рассматривать уголь только как топливо. Все, что у нас делалось раньше, это в основном продажа угля как продукта и получение кокса. Хотя можно получать огромное количество различных продуктов. Это сложный химический объект, в котором сотни тысяч химических соединений, их можно извлекать и «соединять» по-другому.

На субатомном уровне

Стандарты лаборатории — европейские. Это современные аналитические кластеры мирового уровня для исследований всех свойств углей и для осуществления паспортизации всех добываемых марок угля.

Также лаборатории позволяют разработать комплексные технологии переработки углей с получением адсорбентов, углеродных нановолокон и многих высокоценных химических продуктов. Сейчас с помощью нескольких десятков приборов можно быстро и на самом высоком уровне провести полный анализ состава угля и его продуктов (кокса, смол, битумов и так далее).

Например, атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно связанной плазмой позволет определить элементарный (атомный) состав угля.

— На этом приборе, — поясняет Сергей Анатольевич, — можно определять почти всю таблицу Менделеева, кроме инертных газов, радиоактивных веществ и кое-каких галогенов. А вообще — огромный спектр. По спектрам, которые излучает атом в этом приборе, определяется, какой именно атом мы видим, и по интенсивности определяем количество содержащегося элемента.

Термоанализатор позволяет одновременно применить несколько методов для исследования одного образца.

Термический анализ дает возможность узнать теплоемкость вещества при нагреве, экзотермические и эндотермические реакции, физические процессы: плавление и кристаллизацию, фазовые переходы. Определяет изменения массы, происходящие при разложении или взаимодействии с атмосферой продувочного газа. В частности, можно разогнать смолы, посмотреть состав жидких продуктов, которые получают из угля. Опять же реально извлекать бензол — побочный продукт коксохимического производства, таким образом смотреть, как очищать его от вредных серосодержащих добавок.

Газовый хроматограф с масс-селективным детектором разрешает провести количественный химический анализ смесей органических веществ, определить углеводородный состав углей и продуктов их переработки, нефти, а также метиловых эфиров жирных кислот (в углях и растительных образцах). Чувствительность прибора позволяет обнаруживать химические компоненты с содержанием до 10 в минус двенадцатой степени грамм.

— Оборудование такое, что для работы на нем нужны буквально микроколичества, небольшие навески, по которым получаем всю необходимую информацию, — подчеркивает еще один важный момент Сергей Анатольевич. — Это очень важно в работах, когда синтезируют новые химические соединения. Их нарабатывают в граммах. А оборудование позволяет с одним граммом вещества провести исследование, причем комплексом различных методов, получить всестороннюю информацию об объекте — начиная с химического состава. Изучить электронную кристаллическую структуру — из каких атомов состоит вещество, как эти атомы упакованы, какую кристаллическую решетку образуют. Морфологию объекта — его поверхность, трещины, поры. Для каждой операции нужен определенный метод исследований.

Как скоро делаются открытия?

Во время нашей мини-экскурсии по лаборатории, подогреваемая журналистским любопытством, я спрашиваю Сергея Анатольевича:

— Какие-то важные открытия произошли на ваших глазах?

Он улыбается:

— Открытия не делаются за минуту. Вот смотрите: оборудование закуплено. Чтобы на нем работать, персонал в течение года осваивал лабораторный комплекс. На объектах, которые осваивают в Институте углехимии, мы и обучались. Когда смотрели возможности оборудования и обучались работать на нем, разрабатывали методики. А кандидаты наук перед защитой диссертаций проводили здесь исследования своих объектов. Все взаимосвязано.

Одно из фундаментальных исследований, которыми сегодня занимаются в центре, — создание банка данных угля. Учитываются все его характеристики, даже те, что не входят в техническое описание углей, который принят по ГОСТам.

При сопровождении лабораторного комплекса в Институте углехимии сегодня создан стенд для разработки базовых технологий комплексной переработки бурых и окисленных углей гуматов, готова полупромышленная установка. Стенд позволит проводить пилотные исследования и отработку отдельных процессов переработки различных бурых и окисленных углей для выдачи научных и технико- экономических обоснований создания базовых технологий в углехимии, в том числе: получение гуминовых препаратов (веществ, которые используются в сельском хозяйстве в качестве удобрений), горного воска, адсорбентов.

Одно из возможных направлений исследований — исследование каменноугольной смолы, побочного продукта коксохимии. В этой смоле содержится большое количество различных химических соединений, которые можно извлекать и использовать в фармацевтике.

Хотя главная задача центра — сопровождать научно-исследовательские работы в области углехимии, постоянно возникают параллельные проекты. Ведь на этом оборудовании можно исследовать любые объекты. Сегодня начинается, допустим, совместная работа с Институтом комплексных сердечных заболеваний. Пока исследования находятся в самой начальной стадии, ученые центра выясняют методические возможности работ с биологическим объектом

— Мы используем оборудование, а интерпретацию результатов должен, конечно же, делать специалист, — подчеркивает руководитель центра.

Евгения РАЙНЕШ


СГИ Тимофеева