Тонкая наука - превращать отходы в ресурсы.
Небольшой по численности лаборатории «Рециклинг отходов топливной энергетики» при кафедре «Общая химия и технология силикатов» Южно-Российского государственного политехнического университета им. М.И.Платова (Новочеркасск) удалось буквально за несколько лет разработать целую линейку новых материалов, создаваемых их отходов топливно-энергетической отрасли. Каковы перспективы применения этих композитов для потребностей нефтедобычи, дорожного и малоэтажного строительства? На вопросы журналиста «Поиска» ответила заведующая кафедрой и руководитель лаборатории профессор Елена ЯЦЕНКО (на снимке).
– Елена Альфредовна, как вы вышли на тему рециклинга промышленных отходов? За счет чего смогли довольно быстро добиться впечатляющих результатов?
– Запрос на прикладные работы пришел от бизнеса. Компания «Газпром нефть» предложила нашему университету решить ряд задач, связанных с использованием отходов, образующихся при добыче углеводородов. Нашей кафедре поручили заняться поиском путей переработки разных видов буровых отходов. Мы с удовольствием включились в исследования. Помимо этого, занялись и вопросами, связанными с переработкой отходов добычи и сжигания каменного угля. Те, кто видел огромные донбасские терриконы на месте заброшенных горных выработок, понимают необходимость с ними разобраться.
Однако успех пришел далеко не сразу. Мы продвигались вперед шаг за шагом, используя широкий спектр инструментов поддержки НИР. На первых этапах очень помогли гранты Российского научного фонда. Сначала мы выиграли конкурс для отдельных групп, потом для лабораторий, причем наши проекты никогда не побеждали с первой попытки. У Фонда открытая качественная экспертиза: получаешь заключение, видишь свои слабые места и узнаешь, какие недостатки следует устранить.
В ходе выполнения проектов мы научились превращать вскрышные и вмещающие горные породы, образующиеся в результате угледобычи, а также золошлаковые отходы, остающиеся после обогащения и сжигания твердых видов топлива, в геополимерные материалы с полезными свойствами.
– Какие наиболее сложные проблемы при этом пришлось решать?
– Немало времени и сил мы потратили на поиск необходимых добавок и создание условий для изготовления композитов. Состав отходов даже в пределах одной шахты или ТЭЦ неоднороден. Значит, необходимы многоуровневые системные решения. Мы смогли добиться высокого (до 70%) содержания в получаемых геополимерах золы и шлаков.
Силикатные составы, на которые мы сделали ставку, долговечны, не горючи, морозостойки, но для их изготовления нужны высокие температуры. Нам удалось разработать технологию, которая позволила исключить высокотемпературный обжиг. Наши пористые геополимеры затвердевают и приобретают прочность при небольшом нагреве благодаря гидратному вспениванию и воздействию СВЧ-излучения. А значит, их производство не будет оставлять серьезного углеродного следа.
В зависимости от запросов потребителей из этих композитов можно производить различные виды конкурентоспособных, востребованных рынком стройматериалов: теплоизоляционных плит и засыпок, конструкционных блоков, заполнителей для легких бетонов.
Расширить диапазон исследований и получить новые прорывные результаты помог выигранный в 2022 году мегагрант на создание лаборатории мирового уровня для проведения исследований под руководством ведущего ученого. Научным руководителем нашей лаборатории, занявшейся разработкой научно-технологических основ рециклинга крупнотоннажных отходов топливной энергетики, стал Сандип Чаудхари, профессор Индийского технологического института в Индоре.
– Какие плоды принесло международное сотрудничество?
– Благодаря применению опыта индийских коллег и использованию закупленного на средства мегагранта современного аналитического и термического лабораторного оборудования мы серьезно продвинулись в понимании механизмов физико-химических процессов, проходящих при подготовке сырья, вспенивании и затвердевании полимерных смесей.
Профессор Чаудхари принимал участие в планировании и проведении экспериментов, организации научных школ «Зеленое будущее» и «Ноль отходов». Наши аспиранты проходили стажировку в индийском институте, где изучали возможности создания геополимерных материалов на основе отходов металлургической промышленности, солнечной энергетики, строительства, летучей золы ТЭЦ.
– Готовы ли вы внедрять свои технологии в практику?
– Производство крупномасштабной инновационной продукции не входит в задачи вуза. На нашем уровне имеет смысл отрабатывать технологии, получать и продавать патенты на изобретения, выпускать экспериментальные партии, адаптировать разработки к условиям промышленного производства. Этим мы и занимаемся. И, конечно, ищем заказчиков со стороны бизнеса. Сейчас ведем переговоры с компанией НТК «Газпром нефть» о внедрении разработанной нами технологии создания пропантов на основе шламов.
– Что такое пропанты и зачем они нужны?
– Когда нефтяной пласт истончен, для его разработки используют технологию горизонтального бурения. Чтобы разорванный пласт пропускал бур и не смыкался под горным давлением, в него накачивают раствор, насыщенный расклинивающими агентами - керамическими шариками, пропантами, которые закрепляют трещины. Это расходный материал, которого требуется много, поэтому выгодно производить его рядом с местом нефтедобычи.
Мы разработали технологию выпуска пропантов из шламов - остающейся в скважинах после бурения глинистой взвеси. Небольшие объемы полезной продукции по нашей технологии можно выпускать на месте буровых работ. Для демонстрации таких возможностей мы сконструировали оригинальную горизонтальную вращающуюся мини-печь, обеспечивающую быстрый выпуск пропантов или стройматериалов - в зависимости от состава шлама.
Нефтедобытчики думают о создании на этой основе модульной установки, которую можно перемещать от одного месторождения к другому. Это удобно в условиях Крайнего Севера, в частности, Ямала, где есть проблемы с доставкой грузов.
Выльются ли наши переговоры в контракт, пока сказать трудно, но мы очень на это рассчитываем.
Готовы мы участвовать и в проектах по созданию небольших производств для рециклинга отходов ТЭЦ Арктической зоны, которые позволят выпускать морозостойкие геополимерные строительные плиты и материалы для дорожного строительства в пределах региона.
– Недавно РНФ объявил победителей совместного с Государственным фондом естественных наук Китая конкурса. Команда из ЮРГПУ под вашим руководством выиграла грант. Что вам предстоит сделать по этому проекту?
– Речь идет о создании новых материалов для энергетической отрасли. Мы будем решать проблемы эмалирования (покрытия антикоррозийной защитой) стальных частей инфраструктуры трубопроводов для перекачки нефти, газа, воды, а коллеги из китайского вуза Northwest Normal University займутся вопросами предохранения от всех видов коррозий алюминиевых теплообменников.
Надежда ВОЛЧКОВА
Фото предоставлено пресс-службой ЮРГПУ
