Замыкая вихри. Престижная международная премия присуждена сибирскому ученому.

— Дело в том, что наш институт — один из немногих в РАН, работающих для нужд энергетики. Помимо нас исключительно этой тематикой занимаются Объединенный институт высоких температур РАН (академик Владимир Фортов, бывший его директором, также лауреат премии “Глобальная энергия”) и Институт систем энергетики СО РАН. Вот, собственно говоря, и все. Если быть точным, мы занимаемся теплофизическими основами энергетики, новыми методами преобразования энергии. Сюда входят: методы сжигания угля, газа и жидкого топлива, переработка отходов — эта тема касается и энергетики (мусор может служить возобновляемым источником энергии), и экологии. Кроме того, мы работаем в области возобновляемых источников энергии, в том числе большой и малой гидроэнергетики, геотермальной и петротермальной энергетики, а также разрабатываем методы хранения энергии и, конечно, энергосбережения, столь актуального для России. Мы, кстати, одними из первых в стране создали в Сибирском отделении Совет по энергосбережению, благодаря чему смогли поддержать целый ряд разработок.

— Учитывая, что я 20 лет был директором института и по долгу службы курировал многие тематики, надо понимать, что в этой “совокупности заслуг” не только мои личные достижения, но и институтские. Отметить хотелось бы разработанные нами новые подходы к переработке угля — мы живем в Сибири, где доля угля в генерации энергии — 86%. Можно упомянуть и технологию так называемого “микроугля” — сжигание угля очень мелкого помола (менее 40 микрон) — и разработку водоугольного топлива. По этим направлениям исследований не только получены патенты, но и работают конкретные объекты — котлы, функционирующие в “опытно-коммерческом” режиме. Что касается работ по возобновляемым источникам энергии, я являюсь заместителем председателя Совета РАН по этой тематике, отвечаю за Сибирь, Дальний Восток и Урал. В нашем институте есть оригинальные разработки и по солнечной энергетике, и по бинарному циклу в геотермальной энергетике. Впервые в мире бинарный цикл был запущен в 1970 году на Паратунской ГеоЭС на Камчатке: он заключается в использовании легкокипящих веществ типа фреонов для генерации электричества от воды с температурой всего 80 градусов Цельсия. Сегодня в других странах эксплуатируются около 2 тысяч таких установок. Все ссылаются на российский опыт, но в нашей стране, к сожалению, ни одной станции на бинарном цикле больше нет. Мы готовим новые варианты предложений для запуска таких ГеоЭС в нашей стране. 

И, наконец, в институте совместно с партнерами создан целый ряд оригинальных технологий переработки отходов, в первую очередь бытовых. Подчеркну комплексность нашей системы обращения с отходами. Используется много новых подходов: и раздельный сбор мусора, и его роботизированная индивидуальная сортировка (в основе — методы компьютерной обработки изображений, институт выиграл грант ФЦП на разработку этой технологии), и так называемая КРТС (комплексная районная тепловая станция), и плазменные методы. Самый радикальный способ уничтожения отходов — сжигание, но чтобы избежать образования особо опасных примесей — диоксинов и фуранов, которые содержатся и в исходных отходах, — необходимо выдерживать высокий температурный уровень. Вопрос в том, что надо использовать новые, экологически чистые технологии, которые дороги и сложны в эксплуатации. К сожалению, в России перерабатываются всего 5% твердых бытовых отходов, работают только 3 современных мусоросжигательных завода в европейской части страны. В основе, например, нашей КРТС — специально разработанная вращающаяся барабанная печь для сжигания твердых бытовых отходов (ТБО), аналогичная тем, что используются для обжига цемента. Ее преимущества — простота в обращении, надежность и очень хорошее перемешивание, способствующее эффективному сжиганию. Дожигание остатков происходит в высокотемпературном вихревом дожигателе газов — с полным разрушением диоксинов и фуранов. В принципе, такой завод мощностью 40 000 тонн ТБО в год, что достаточно для района населением в 100 000 человек, эквивалентен по выбросам двум работающим “КамАЗам”. Согласно общемировой тенденции Waste to Energy (“отходы — в энергию”), собранный в районе мусор можно без дополнительных капиталовложений в инфраструктуру превращать в тепловую энергию, если установить этот комплекс рядом с уже действующей тепловой станцией. А для особо опасных отходов — типа медицинских — можно применять плазменную переработку, включая плазменную газификацию, что уже успешно выполняется на заводе “Квант”. И СО РАН в целом, и Институт теплофизики — лидеры по плазменным технологиям. Сейчас в Новосибирске обращают особое внимание на проблему утилизации отходов, и в рамках проекта “Академ 2.0” все разрабатываемые нами технологии планируется испытывать на полигонах. 

— Конечно, главное для академической науки — фундаментальные исследования. Заранее мы даже не можем предсказать, где пригодятся их результаты. В качестве иллюстрации расскажу о нашем недавнем исследовании. Вихри, которыми мы занимаемся, — одно из основных состояний сплошной среды. Знакомые всем примеры вихревой нити или вихревой трубки (если диаметр достаточно большой) — смерч и торнадо. В институте выполняется множество разнообразных исследований, связанных с вихрями. Фундаментальные результаты находят практическое применение: например, нами разработаны вихревые горелки, обеспечивающие устойчивое зажигание и интенсивное смешивание топлива с воздухом. Недавно мы изучали на специально смоделированной установке спиральный вихревой жгут, образующийся в отсосной трубе за гидротурбиной. Вибрация от такого жгута могла стать одной из причин аварии на Саяно-Шушенской ГЭС. Проводя это исследование, мы обнаружили фундаментальное явление — вихревое перезамыкание — когда участки спирали подходят близко друг к другу, они соединяются, в итоге отрывается вихревое кольцо, а вихревой жгут остается непрерывным. Есть доказательства того, что явление перезамыкания существует в микромире, где служит причиной квантовой турбулентности. Оказывается, те же самые законы, которые описывают торнадо, работают и на квантовом уровне в сверхтекучем гелии. Перезамыкание можно наблюдать и на макромасштабах. Есть красивая теория, пока непроверенная, что на стадии инфляции, когда возраст Вселенной был менее 10-30 секунд, она представляла собой клубок вихревых нитей. 

К будущему энергетики описанное выше явление имеет прямое отношение. Многие ученые полагают, что на изменение климата влияют не только и не столько антропогенные выбросы парниковых газов, сколько вспышки на Солнце. Между тем такие вспышки — результат перезамыкания уже не вихревых, а магнитных трубок. Сейчас мы инициируем комплексную программу РАН по изучению изменений климата, где будут учтены все факторы воздействия: и антропогенные, и вулканические выбросы, и поведение океана, и процессы на Солнце, и другие. Результаты этих исследований могут помочь сделать обоснованный вывод о целесообразности недавно вошедшего в силу Парижского соглашения, затрагивающего экономику всех стран и структуру мировой энергетики.