Новосибирск и Новосибирская область: свежие новости, объективный анализ, актуальные комментарии

Молодёжные лаборатории, сверхмощные микроскопы, подготовка к строительству «СКИФ»: почему к деятельности Института катализа СО РАН приковано особенное внимание?

Младший научный сотрудник Института катализа Максим Панафидин работает с фотоэлектронным спектроскопом.

Институт катализа имени Г. К. Борескова — один из тех институтов СО РАН, к чьей деятельности сейчас приковано особенное внимание. И это объяснимо: наравне с Институтом ядерной физики им. Г. И. Будкера он стоит у истоков рождающегося Сибирского кольцевого источника фотонов («СКИФ»). За последние два года благодаря нацпроекту «Наука» институт смог обновить своё уникальное оборудование и теперь выходит на новые горизонты исследований. Но главное даже не это, а «человеческий фактор».

Для реального привлечения в науку свежих кадров по тому же нацпроекту в институте созданы четыре молодёжные лаборатории, для чего было выделено 50 миллионов рублей.

Среди них — лаборатория перспективных синхротронных методов исследования. Здесь специалисты изучают свойства биметаллических (состоящих из соединений двух металлов) катализаторов, чтобы найти им новые применения в промышленности.

— По сравнению с монометаллическими аналогами такие катализаторы намного стабильнее и активнее. Если на них воздействует газ — например, диоксид углерода, — то их каталитические свойства меняются, и это можно использовать, настраивая параметры подобных катализаторов. Для прикладных исследований это очень важно: биметаллические катализаторы применяются при разложении перекиси водорода или полимеризации полиэтилена, — рассказывает младший научный сотрудник лаборатории Максим Панафидин.

Узнавать всё о составе получа­емых катализаторов учёным более 10 лет помогает рентгеновский фотоэлектронный спектрометр, но сейчас все с нетерпением ждут строительства и запуска «СКИФ»: кольцевой источник фотонов намного расширит возможности погружения в мир катализаторов.

— На «СКИФ» мы сможем получать данные не только о составе катализаторов, но и о распределении металлов по глубине катализатора. Кроме того, образцы катализаторов будем изучать непосредственно в средах, где происходят реакции, — и это увеличит достоверность полученных данных, — говорит Максим Панафидин.

В другой молодёжной лаборатории работают над комплексной переработкой ископаемого и растительного сырья. И речь не только о поиске источников экологически чистого биотоплива: такое сырьё может стать источником азотсодержащих соединений для самых разных предметов органического синтеза — растворителей, фармпрепаратов. На эти исследования институт получил грант РНФ до 2023 года.

— С помощью гидролиза биомассу, в состав которой входят разные полисахара, можно превратить в промежуточные соединения, такие как левулиновая кислота. А уже из них получить соединения, в состав которых входит азот. Левулиновая кислота получается из разных отходов сельского хозяйства, эта технология легко масштабируется и интересна для практического применения, — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории, кандидат химических наук Алексей Нуждин.

Достижения молодых учёных из Института катализа отмечены за последние три года многочисленными победами на конкурсах грантов президента РФ и Российского фонда фундаментальных исследований.

— Институт катализа активно работает с НГУ и другими вузами, на конкурсах мы видим большое количество заявок молодых специалистов на соискание премий. А двое молодых учёных из института — Сергей Мосеенков и Мария Казакова — в прошлом году победили в конкурсе на предоставление грантов правительства Новосибирской области, — отмечает министр науки и инновационной политики региона Алексей Васильев.

В опытно-химическом цехе Инжинирингового центра института, на базе которого будет создан Центр коллективного пользования.

Ещё в конце 2019 года, когда программа «Академгородка 2.0» только обретала первые очертания, создание Центра коллективного пользования «Опытное производство катализаторов» (ЦКП ОПК) на базе Института катализа было одобрено Советом Федерации как один из пяти её главных проектов. Именно здесь предстоит не просто создавать новые катализаторы, но и обеспечивать их внедрение в промышленность, тем самым выполняя задачу импортозамещения.

— Мы планируем создавать не просто технологические цепочки производства катализаторов, а нечто наподобие конструктора «Лего» — отдельные узлы, из которых потом и будет выстраиваться та или иная технологическая цепочка. В России такого подхода нет, а за рубежом он уже применяется. Это будет комплексный проект совместно с производителями катализаторов, работы хватит на всех, — уверен руководитель Инжинирингового центра СО РАН доктор химических наук Вадим Яковлев.

Строительство ЦКП, согласно плану, должно уложиться в три года. Центр разместится в двух корпусах: в одном будет налажено опытное производство катализаторов, в другом разместят установки высокого давления, на которых катализаторы будут тестироваться.

Известно, как долго порой такие проекты проходят «раскачку» и согласования в разных инстанциях. Но событие, произошедшее в самом конце 2020 года, должно ускорить этот процесс: Институт катализа, единственное учреждение в составе РАН, попало в европейский санкционный список. А значит, зависимость от импортных катализаторов может оказаться фатальной для экономической безопасности России — и работы по импортозамещению в сфере создания конкурентоспособных катализаторов необходимо  форсировать.

Запуск ЦКП планируется в 2024-2025 годах. Однако в правительстве Новосибирской области заинтересованы, чтобы ЦКП заработал раньше этого срока. «Получение лучших катализаторов — это всегда возможность серьёзного изменения экономики. Увеличение выхода топлива или пластмассы в масштабе страны всего на один процент — уже колоссальная цифра, и достичь этого без современного оборудования невозможно», — отмечает вице-губернатор НСО Ирина Мануйлова.

Так выглядит мощнейший электронный микроскоп в Новосибирске, защищённый от вибраций «внешнего мира» не только фундаментом, но и корпусом.

Самое дорогостоящее приобретение, сделанное Институтом катализа за несколько лет — электронный микроскоп Themis Z, купленный при помощи правительственной субсидии из федерального бюджета в 2019 году за 495 миллионов рублей. Как говорят в институте, это самый мощный электронный микроскоп в России: подобный прибор есть и в Сколково, но у его новосибирского «собрата» разрешение намного выше. Разрешение в 0,6-0,7 ангстрем позволяет разглядеть структуру вещества вплоть до отдельных атомов. Для процессов катализа это имеет огромное значение.

— Благородные металлы, которые используются в катализе, очень дороги, поэтому выгоднее покрывать ими даже не отдельные частицы материала, а отдельные атомы. Чем равномернее металл распределяется по матрице, тем дешевле получается катализ. А эту равномерность можно оценить только на таком микроскопе, — поясняет заведующий лабораторией электронной микроскопии кандидат физико-математических наук Евгений Герасимов.

С помощью именно этого микроскопа можно собирать 3D-модели изучаемых веществ и визуализировать излучение магнитных материалов. Покоится микроскоп на специаль­ном фундаменте: трёхметровый слой песка и бетона призван погасить любую, самую малейшую вибрацию.

В 2020 году институт приобрёл ещё два сканирующих микроскопа общей стоимостью 150 миллионов рублей — и теперь здесь производится полный комплекс микроскопических исследований, в том числе с применением фокусированных ионных пучков.

Вице-губернатор НСО Ирина Мануйлова и министр науки и инновационной политики региона Алексей Васильев осматривают макет «СКИФа»

Вице-губернатор Ирина Мануйлова называет Институт катализа одной из площадок, связанных с прорывными технологиями, — и эта оценка справедлива. В 2019 году институт получил статус федерального исследовательского центра, и теперь у него есть филиалы в других регионах. Филиал в Омске специализируется на нефтепереработке, плотно взаимодействуя с «Газпромнефтью», а в конце 2019 года был сдан в эксплуатацию производственный корпус в Волгограде, где будут работать над малотоннажными органическими технологиями и проектами двойного назначения. Директор института академик РАН Валерий Бухтияров надеется, что офис ИК в Кольцово тоже получит статус филиала, который будет заниматься «СКИФ». Тем временем проектная документация на этот ключевой проект будущей новосибирской науки выдана и сейчас идёт её проверка.

— Думаю, в течение ближайших двух месяцев замечания будут сформулированы и подрядчик их устранит. После успешного прохождения госэкспертизы появится и разрешение на строительство, — говорит Валерий Бухтияров.

Подрядчиком на строительстве СКИФ выступит группа компаний «Титан-2» из Ленинградской области с большим опытом строительства АЭС. А подготовка площадки начнётся весной.

Виталий СОЛОВОВ | Фото Валерия ПАНОВА