Новые открытия
Многие уверены, что в науке и промышленности все уже давно исследовано и понято, но это не так. И есть много вопросов, на которые мы даже сейчас, с довольно высоким уровнем развития науки, не можем дать ответы.
О взаимосвязях
Например, вопросы взаимосвязи квантовой физики и традиционной. Есть классическая физика — механика, законы которой работают в нашем макромире, а есть квантовая физика, которая оперирует частицами на атомном и субатомном уровнях. И законы, которые действуют в нашем с вами макромире, действуют иначе или вообще не действуют в квантовом мире. И связать эти две сферы пока не получается. Но можно полагать, что существенные сдвиги в понимании законов квантового мира произойдут уже в ближайшие 40 лет.
Об экспериментах
То же самое касается и каталитической химии — это экспериментальная наука: мы ставим опыты, получаем данные, пытаемся их объяснить и на основании эксперимента выдвигаем теории. Но сейчас у нас нет общей теории катализа —общих законов, которые бы позволяли без эксперимента и с высокой точностью предсказать, как поведут себя те или иные реакции. Но, я думаю, в перспективе, через 20–30 лет, подобная теория может возникнуть за счет появления новых методов вычислительной химии и автоматизированных методов анализа больших данных. Big Data уже активно применяется в разных отраслях, но в научную сферу входит медленно. Сейчас, когда мы проводим какой-то эксперимент и получаем массив данных, то обрабатываем все вручную. При автоматизации этого процесса развитие экспериментальной науки пойдет быстрее.
О катализаторах
На химфаке мы занимаемся каталитической химией — созданием новых катализаторов (веществ, ускоряющих химические реакции — прим.ред.) для различных химических процессов. Примерно 95% всех процессов нефте- и газопереработки проходят с участием катализаторов. Также мы разрабатываем сорбенты — вещества, способные впитывать газы и разделять газовые смеси.
Безопасное хранение и устойчивость
В будущем будет развиваться направление материаловедения — люди начнут активнее создавать новые материалы и совершенствовать уже имеющиеся. Это нужно для того, например, чтобы были прочнее корпуса телефонов, стали массовыми поезда на магнитной подушке и появилась возможность безопасного хранения летучих газов. Например, водорода.
Хранение водорода
Хранение водорода — одна из самых актуальных и трендовых проблем в современной химии. Это самый легкий газ и самая маленькая молекула, поэтому для компактного хранения его необходимо сжимать до нескольких сотен атмосфер. Для сравнения: давление в автомобильной шине — всего две атмосферы. Такой способ хранения не самый надежный, потому что баллон может разгерметизироваться и выделившийся водород образует взрывоопасную смесь с кислородом (гремучая смесь — прим.ред.). Также часто можно столкнуться с явлением водородного охрупчивания: молекулы газа проникают в кристаллические решетки стали и разрушают металлический сосуд, в котором он хранится. Поэтому нужны более ухищренные методы хранения этого газа, которые уже сейчас отрабатываются. И я думаю, что в ближайшем будущем эта проблема будет решена. Тогда мы сможем хранить водород безопасно и в больших количествах.
Big Data уже активно применяется в разных отраслях, но в научную сферу входит медленно.
Зеленая энергетика
Решение проблемы хранения водорода позволит перейти к «зеленой энергетике». При сгорании водорода углекислый газ не выделяется — образуется только вода. При этом при сжигании одинаковой массы водорода и бензина водород высвобождает больше энергии. Соответственно, можно будет тратить меньше топлива для большего результата. Использование этого газа позволит сделать производство более экологичным и очистить воздух от некоторых вредных примесей. Думаю, в будущем мы сможем ездить на экологичных автомобилях, водоробусах и производить энергию без вреда для природы.
Топливо на кухне
Но использование водорода может быть полезным не только в промышленном масштабе. В перспективе любой человек сможет получать водород у себя дома путем электролиза (химический процесс, протекающий в веществе при пропускании через него электрического тока — прим.ред.). Это можно делать и сейчас, но пока такая технология выделения водорода слишком дорогая. Лет через 20 эти процессы станут доступнее и проще, пойдут в массы. Тогда вы сможете дома на кухне получать топливо и заправлять им автомобиль.
Мы с командой как раз занимаемся разработкой новых материалов для хранения водорода. И если у нас получится создать материал, который можно будет не только синтезировать в промышленности, но и внедрить в повседневную жизнь, это будет лучшей наградой. Потому что моя главная цель — сделать сферу, в которой работаю, лучше, чем она была. И принести пользу людям своими открытиями. Главное — ничего случайно не закрыть в ходе экспериментов.
Фото: Олег Бородин и фото и личного архива
