14 лет назад Константин КАТИН закончил НИЯУ МИФИ и остался в университете. За эти годы он стал преподавателем и доктором физико-математических наук, опубликовал почти 90 статей в ведущих научных журналах, его индекс Хирша достиг 16. Физик занимается моделированием молекул и материалов на уровне отдельных атомов и убежден, что разделение науки на области — физику, химию, биологию — достаточно условно, ведь большинство определяющих нашу жизнь проблем затрагивает сразу несколько направлений. Добытое ученым знание востребовано в самых разных отраслях промышленности. О своей последней работе — создании безопасных ингибиторов, замедляющих коррозию трубопроводов, — он уже успел написать четыре статьи (еще несколько — в стадии подготовки).
— Константин Петрович, углеводороды перекачивают по трубопроводам многие десятилетия. Так ли актуален вопрос разработки новых ингибиторов?
— Дело не только в трубопроводах. Железо используют уже несколько веков, а победить коррозию по-прежнему не удается. В развитых странах, в России в том числе, около 4% ВВП, а это сотни миллиардов долларов в год, уходят на борьбу с этим злом. При этом затраты на все научные исследования, от космоса до лингвистики, составляют меньше 2%. Получается, что на борьбу с этой напастью тратится больше средств, чем на все научные сферы вместе взятые. Гигантские вложения идут на создание все более совершенных ингибиторов. С десяток лабораторий в РФ разрабатывают новые методы борьбы с коррозией, а в мире их около 500. Но как бы много нас ни было, как бы успешно мы ни работали, нерешенные задачи остаются, их хватает на всех.
Эта стремительно развивающаяся область науки имеет массу самых разных направлений. Мы — приверженцы метода моделирования, хотя многие ученые его недооценивают. На мой взгляд, он чрезвычайно перспективен, поскольку в десятки раз сокращает стоимость разработки ингибиторов, в разы уменьшая число экспериментов. Подтверждение тому — наша последняя работа — создание новинки с улучшенными свойствами.
Чтобы защитить металл от коррозии, обычно используют растворимые молекулы. Они оседают на поверхности металла и тем самым уберегают его от разрушения, перекрывая доступ кислорода, нефти, морской воды — любой агрессивной среды. Но сами по себе они токсичны, то есть опасны и для человека, и для окружающей среды. Это слабое место множества подобных защитных материалов. Поэтому на мировом рынке так высоко ценятся безопасные ингибиторы.
Как из 33 букв нашего алфавита легко составить массу слов, так и из нескольких десятков химических элементов можно получить огромное количество молекул. Но дело это сложное, да и стоят они дорого, поэтому исследованных веществ совсем немного. И если нас интересует молекула с какими-то особенными свойствами, то невелика вероятность, что она уже синтезирована и изучена. Чтобы избежать излишних затрат, мы прибегаем к моделированию и без особых хлопот находим молекулы с необходимыми свойствами. Помогают нам в этом методы квантовой механики и квантовой химии. А можем решить обратную задачу: под искомые нами свойства подобрать новую, неизвестную ранее молекулу. Примерно мы представляем, как она должна выглядеть: быть достаточно большой и плоской, чтобы прочно прикрепляться к металлу, содержать ароматические кольца, хорошо взаимодействующие с железом. Знаем, какими свойствами ее необходимо наделить, чтобы сделать растворимой. А безопасной она будет, если ее составить из натуральных нетоксичных компонентов. Понятно, что это лишь приблизительные пожелания. Мы оценили различные вещества, в частности, органические молекулы, выделенные из растений и природных материалов, которые, на наш взгляд, могут подойти для идеального ингибитора, и остановились на двух — госсиполе и индоле. Эти натуральные вещества получают из хлопчатника и жасминового масла. Рассчитали различные варианты и всевозможные комбинации — их оказалось с десяток — и, полагаясь на интуицию, выбрали, как нам показалось, наилучшую «конструкцию» молекулы. Правда, гарантии, что получится действительно эффективный ингибитор, у нас тогда все же не было. Поиск и разработка заняли меньше трех лет.
— Вы проводили испытания своего ингибитора?
— Сложность в том, что длительность лабораторных испытаний — от нескольких дней до одной-двух недель. Всего. А служить покрытие должно в течение многих лет. Так что с испытаниями на надежность и долговечность полученного нами вещества ясности пока нет. Однако предварительные результаты обнадеживают: эффективность нашего детища составила около 96-97%. Это значит, что «в распоряжении» коррозии останется всего несколько процентов, то есть результат совсем неплохой. К тому же мы достигли главного: наш ингибитор не токсичен, он безопасен для человека и окружающей среды. Это соответствует самым жестким требованиям, предъявляемым рынком к лучшим в мире ингибиторам.
— Вы опубликовали несколько статей о вашей разработке. Как коллеги к ней относятся?
— Если судить по количеству цитирований и ссылок, а это показатели достаточно убедительные, то по системе Scopus наша последняя публикация, вышедшая в марте 2022 года, имеет показатель 97%. Процент действительно высокий, как и другой, показывающий, больше или меньше нашу статью цитируют, чем аналогичные материалы в данной области. Оказалось, результат в девять раз выше. Кто-то посчитал наше исследование открытием, кто-то — шагом вперед.
— Вопрос практический: просто ли получить ваш ингибитор? Сколько он может стоить и будет ли на него спрос?
— Конечно, мы стремились, чтобы производство новинки было дешевым и она могла выдержать конкуренцию. Но у исследователя нет возможности рассчитать стоимость ингибитора в промышленных условиях, учитывая, скажем, объемы поставок нефти, и на этом основании определить масштабы его производства. Но есть обнадеживающие факты. Нашим ингибитором заинтересовались в нескольких странах. В Китае тамошний научный фонд финансирует разработку нашего детища. В Узбекистане за это отвечает Министерство инноваций. Ингибитор начали осваивать в Индии и Турции. Так что перспективы промышленного использования, безусловно, есть. Наша разработка не уступает лучшим зарубежным образцам, а в чем-то даже их превосходит.
— Работа закончена, вы ставите на этом точку или будете продолжать исследования?
— Безусловно, точку ставить рано. Тема безопасных ингибиторов по-прежнему актуальна. А наработанный нами опыт можно применить при создании новых совершенных защитных материалов для многочисленных конструкций, работающих, скажем, в атомных реакторах, а там требования к ингибиторам еще более жесткие, чем в нефтехимии. Мы верим, что разрабатываемые нами методики будут востребованы во многих отраслях.
Юрий ДРИЗЕ
Нет комментариев