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

Космос, охлаждение алмазов, безотходное сжигание мусора — чем занимаются в Институте теплофизики им. С. С. Кутателадзе

Плазматроны воспламеняют уголь в котлах без дополнительного топлива.

Когда в 2013 году в Новосибирске начал проводиться международный форум технологического развития «Технопром», то одной из ключевых тем было совмещение научных разработок и реального промышленного производства. Слов тогда говорилось много, проблемы рисовались очень выпукло, но, как нередко бывает, скоро сказка сказывается, да нескоро дело делается. Тем не менее эта глобальная задача никогда не уходила с повестки у основных заинтересованных сторон. К примеру, в Институте теплофизики (ИТ СО РАН) коммерциализацией технологий занялись без малого 20 лет назад. В 2003 году по инициативе нынешнего, а тогда будущего директора института академика Дмитрия Марковича в ИТ был создан первый в учреждениях СО РАН инновационный отдел. И сегодня Институт теплофизики является одним из лидеров по количеству и объёму выполняемых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), патентов и лицензионных соглашений. Поэтому, когда в 2021 году Минобрнауки РФ стал выдавать гранты на создание Центра трансфера технологий (ЦТТ), то неудивительно, что в Новосибирской области один из трёх ЦТТ, наряду с НГУ и НГТУ, появился именно в Институте теплофизики.

По словам Дмитрия Марковича, междисциплинарный исследовательский комплекс — один из ключевых объектов проекта «Академгородок 2.0.».

— База для появления ЦТТ именно у нас была, — отметил Дмитрий Маркович. — Наша основная задача сегодня — внедрение разработок в реальное производство, на предприятиях нашего региона. И в этом вопросе для нас очень значима поддержка, оказываемая правительством Новосибирской области, его министерствами, которые очень важны как посредники, как связующая нить между учёными, бизнесом и производством. Трансфер технологий, несмотря на существующий опыт, всё равно остаётся пока самым «тонким» местом в этой цепочке, и без поддержки власти тут никак не обойтись.

В лаборатории физических основ энергетических технологий работают над проблемой снижения износа элементов турбин на гидроэлектростанциях.

Название института никого не должно вводить в заблуждение, тем более что одной теплофизикой здешние разработки не ограничиваются. Среди промышленных партнёров ИТ почти все основные госкорпорации — Росатом, Роскосмос, Ростех в виде Объединённой двигательной корпорации. И задачи, которые решают учёные, имеют не только прикладной характер, но и значимость для всей страны на всех уровнях — от заоблачно-космического до бытового.

Институт теплофизики стал первым институтом СО РАН, где появился Центр трансфера технологий.

В коридоре, рядом с кабинетом директора, стоит большой макет того, что будет называться «Междисциплинарный исследовательский комплекс аэрогидродинамики, машиностроения и энергетики» — коллаборация четырёх институтов СО РАН и одна из составных частей большого проекта «Академгородок 2.0.». По словам Дмитрия Марковича, этот комплекс пока отстаёт по темпам реализации и вниманию, которое к нему приковано, от того же СКИФ или проекта развития НГУ, но он будет не менее важен, чем Большой сибирский коллайдер. А может, и более…

— Этот проект необходим высокотехнологичной индустрии, нашим ведущим госкорпорациям для дальнейшего развития космических технологий, — сказал он. — Сейчас идёт подготовка федеральной адресной инвестиционной программы, и если весь проект «Академгородок 2.0.» хорошо стартанёт в плане финансирования, то мы очень надеемся, что через 5-6 лет и этот комплекс будет готов к работе. Параллельно мы ведём работу с властями области и Новосибирска, потому что проект потребует мощной энергетической составляющей — и готовиться нужно уже сейчас.

Непосредственно для СКИФ в Институте теплофизики также решают одну важную задачу. Заведующий лабораторией интенсификации процессов теплообмена профессор Олег Кабов буквально на пальцах объясняет, для чего необходимы разработки сверхинтенсивных процессов охлаждения. Они, например, важны не только на МКС, но и в чипах наших компьютеров и процессорах смартфонов. Однако для СКИФ задачу предстоит решить, естественно, повышенной сложности.

— На одном из участков коллайдера будет установлен элемент в виде алмазного стекла толщиной 300 микрон. И если на него действует стандартный тепловой поток плотностью 10 киловатт на квадратный сантиметр, то температура там составит 2 000 градусов, а необходимо не более 600, — поясняет профессор. — Пока нам в лабораторных условиях удалось снизить температуру до 950 градусов, но как минимум 2-3 года ещё есть, и я уверен, что мы справимся с поставленной задачей.

Четыре плазматрона мощностью 10 киловатт воспламеняют угольную пыль почти моментально.

Во внутреннем дворе института стоит неприметный ангар, где практически занимаются самой настоящей теплофизикой. Мало кто знает, что на угольных теплоцентралях (ТЭЦ), поставляющих тепло в наши дома, сжигают не привычные куски угля, а измельчённый на специальных мельницах порошок. Пылеугольные котлы (а их используют почти все крупные ТЭЦ) нужно разогреть до 900 градусов, для чего обычно применяют мазут. Но это долго, дорого и не очень экологично. Да и риски велики: на одной из ГЭС Сибири так в буквальном смысле сожгли котёл стоимостью в миллиарды рублей. Решение проблемы предложил Институт теплофизики: четыре плазматрона мощностью 10 киловатт воспламеняют угольную пыль почти моментально и без мазута, обеспечивая экономию в 4-5 раз. Одна такая установка уже работает на Ангарской ТЭЦ-10, а сейчас пуско-наладочные испытания идут на Новосибирской ТЭЦ-3. Научный сотрудник ИТ, кандидат наук Евгений Бутаков, курирующий это направление, рассказал подробности:

— Воспламенение угольной смеси плазматронами у нас начали разрабатывать ещё в 80-х годах прошлого века, но качество мельниц тогда не позволяло помолоть уголь до нужной консистенции. Проект отложили, но в 2016 году на нас вышла новосибирская компания «КОТЭС инжиниринг», и работа была возобновлена. Обычно в таких случаях кто заказывает музыку, тот и платит, но не всегда частный бизнес готов вкладываться в научные исследования на начальном этапе. А вот правительство Новосибирской области наоборот: оно выделяло нам гранты и на этот проект, и на проект утилизации и сжигания различных отходов. Во многом благодаря поддержке областных властей удалось так быстро пройти путь от возобновления исследований до практического внедрения.

И напоследок немного фантастики — справедливости ради абсолютно научной. Чуть более года назад учёные Института теплофизики СО РАН успешно провели испытания циклолёта — летательного аппарата вертикального взлёта и посадки, где для создания подъёмной тяги используются вращающиеся роторы. 60-килограммовый образец, который удалось поднять в воздух, сегодня также находится в качестве выставочного экспоната рядом с кабинетом директора. Но академик Маркович уже смотрит в будущее, причём не в самое отдалённое. По его словам, сейчас учёные полным ходом идут к созданию реальной летающей машины весом 2,5 тонны, способной нести 600 килограммов полезного веса, и в качестве ориентира определяют для себя 2025 год.

За 5 лет учёные Института теплофизики хотят пройти путь от прототипа циклолёта до действующего образца.

Интерес к большому циклолёту есть со стороны и госструктур, и бизнеса, и промышленности. Стоит отметить, что такие проекты реализуются максимум в пяти странах мира, в основном таких высокотехнологичных, как США, Китай, Южная Корея, но именно нашим учёным удалось первыми сделать летающий прототип. Чтобы быть первыми уже и в создании большого циклолёта, как никогда важен именно трансфер технологий: поддержка государства, контакты с инвесторами, изменение законодательства в плане полётов.