Всегда молод и востребован

В ноябре Институт химии твёрдого тела и механохимии СО РАН отметил 75-летие. Основан он был в составе Западно-сибирского филиала РАН как Химико-металлургический институт в 1944 году. В состав Сибирского отделения вошёл в 1964-м как Институт физико-химических основ переработки минерального сырья. А в Академгородок из центра города переехал только в 1994-м благодаря содействию председателя СО АН СССР академика Валентина Коптюга.

Сегодня институт возглавляет член-корреспондент РАН Александр Немудрый. В НИИ трудятся около 220 человек, в том числе 24% – доктора наук, 59% – кандидаты наук. Примерно половина сотрудников – молодёжь до 39 лет. В ИХТТМ в шести лабораториях проводятся фундаментальные, поисковые и прикладные научные исследования по нескольким направлениям. С некоторыми из них журналистов ознакомили во время пресс-тура в рамках фестиваля «Наука 0+».

Суть – на поверхности

В лаборатории химии твёрдого тела, которой заведует к.х.н. Игорь Ломовский, создают новую технологию характеризации поверхности лигно-целлюлозных материалов методом сорбции ферментов. А если сказать проще – изучают, как меняются свойства поверхностей сырья природного происхождения после механохимической переработки. В качестве примера Игорь привёл исследования по мелкодисперсному углю. Он используется на многих котельных, потому что кусковой горит долго и медленно. Чтобы повысить теплоотдачу, удобно сжигать мелкодисперсный уголь в газовом факеле с добавлением растительного сырья, которое загорается быстрее.

– Вопрос в том, как поджигать само растительное сырьё, – поясняет Игорь Ломовский. – Делается это с поверхности, и поэтому важно получить её характеризацию. Для разных областей использования необходимы разные свойства поверхностей. Например, для производства этанола необходимо, чтобы было больше целлюлозы, а для сжигания – лигнина (вещества, входящего в одеревеневшие стенки растительных клеток. – Прим. ред.).

Чтобы решить задачу с углём, в лаборатории измельчили кору сосны и получили около 30 фракций – от довольно крупных до порошкообразных. Сейчас изучаются свойства этих частиц, в частности способности к воспламенению после смешивания с углём, наличие побочных продуктов сгорания, рассказала младший научный сотрудник Екатерина Подгорбунских.

Учёные проводят исследования, которые находят применение в разных отраслях экономики. В частности, создали заменитель кормовых антибиотиков для животноводства. Единственный в России производитель экологически чистой и безопасной добавки – «Сиббиофарм» из Бердска.

Есть и небольшая группа, которая занимается помолами на заказ. В её распоряжении находится мощная мельница, где выполняют сверхтонкий помол сырья и получают нанопорошки.

Не хуже «Самсунга»

О работе лаборатории неравновесных твердофазных систем рассказал заведующий Николай Уваров.

– Наша лаборатория занимается твёрдыми электролитами и электрохимическими устройствами, – рассказал Николай Фавстович. – Твёрдые электролиты – это вещества, которые обладают высокой ионной проводимостью, независимо от своего твёрдого состояния. Есть такие каркасные структуры, в которых ионы могут двигаться быстрее, чем в жидкостях.

Лаборатория оснащена оборудованием, позволяющим получить характеристики твёрдых электролитов, а также прессом: из-под него материалы выходят в виде плотных керамик. Есть приборы для исследования тонких явлений на границах раздела фаз и зёрен. Всё это вычленяется и изучается.

– Мы выбираем наиболее перспективные материалы, чтобы потом использовать их в твердотельных электрохимических устройствах, – отмечает завлабораторией.

В России три центра занимаются этой темой – в Новосибирске, Черноголовке и на Урале. Как отмечает Николай Фавстович, лаборатория под его руководством специализируется на композиционных твёрдых электролитах.

– Мы берём плохой электролит с низкой проводимостью и высокодисперсную добавку, спекаем их и получаем хороший ионный проводник за счёт того, что на границе раздела фаз образуется высокодефектное разупорядоченное состояние, обеспечивающее высокую проводимость.

Твёрдые электролиты могут использоваться в разных электрохимических устройствах, в том числе твердотельных аккумуляторах и суперконденсаторах. Сегодня исследования ведутся во всём мире, и у России, убеждён учёный, очень хорошие перспективы. В частности, в ИХТТМ изготавливают литий-ионные аккумуляторы с анодами и катодами. Они обладают хорошей энергоёмкостью. Работы ведутся по заказу крупной питерской компании. Используется только отечественное сырьё. По тем параметрам, которые получены, приборы будут лучше, чем многие зарубежные аналоги. Учёные, считает Николай Уваров, неплохо продвинулись в исследованиях: то, что компания Samsung планирует на 2022 год, сибиряки собираются сделать в 2020-м.

Новые источники энергии

У разработок лаборатории химического материаловедения тоже хорошие перспективы. Возглавляет исследования директор НИИ, член-корреспондент РАН, д.х.н. Александр Немудрый.

– В 2014 году президент России сформулировал задачу, что мы должны стать лидерами мирового рынка по некоторым перспективным направлениям, – рассказывает Александр Немудрый. – В связи с этим были созданы институты развития –  Агентство стратегических инициатив (АСИ), Научно-технологическая инициатива (НТИ). Были определены сквозные технологии, которые помогут этого добиться. Одна из них – создание компактных электрогенераторов. Рынок производства мобильных и портативных устройств сегодня составляет около 900 миллиардов долларов в год. И всем нужны источники энергии. Литий-ионные аккумуляторы, конечно, хороши, но они требуют постоянной подзарядки. В связи с этим интерес вызывают топливные элементы, где нужна не подзарядка, а заправка (по типу газового баллончика). Тогда потребитель не будет привязан к сетям.

В России сформирована программа НТИ «Создание новых и портативных источников питания». Институту удалось в неё войти. Разработка технологии поддерживается государством.

Как пояснил Александр Петрович, в устройствах нового типа используются газы: пропан, бутан или метан. Внешне это напоминает термос, внутри которого конвертер, превращающий метан в синтез-газ. Он подаётся внутрь, а снаружи поступает воздух. На оболочке устройства – электроды, с них «снимается» ток. Такой «газовый баллончик» можно будет использовать для подзарядки гаджетов там, где нет электричества.

Микротрубчатые топливные элементы, которые изготовили в ИХТТМ, учёные представили в Российском фонде фундаментальных исследований (РФФИ). Этой разработкой заинтересовалась компания «ИнЭнерджи». Сейчас сотрудники института участвуют в совместной инициативе НТИ «Топаз», создают компактный электрогенератор для питания портативных устройств. Проект рассчитан на три года.

За три четверти века Институт химии твёрдого тела и механохимии СО РАН много пережил. Но главное осталось неизменным: начиная с основания и до наших дней научное учреждение решает значимые для нашей страны задачи. Пожелаем сибирским учёным успехов!

Татьяна ОСИПОВА