НАУЧНЫЙ ПОДХОД: о развитии химической науки и химической промышленности

День химика — это хороший повод поговорить с учеными о перспективах и вариантах развития отрасли.

Сегодня на вопросы журнала отвечают академик Национальной академии наук Беларуси, доктор химических наук, лауреат Государственной премии БССР, заслуженный деятель науки Республики Беларусь Николай КРУТЬКО, заведующий лабораторией растворов целлюлозы и продуктов их переработки учреждения Белорусского государственного университета «Научно-исследовательский институт физико-химических проблем», доктор химических наук, профессор, заслуженный работник БГУ Дмитрий ГРИНШПАН и ведущий научный сотрудник отдела «Физика и механика композиционных систем» Института механики металлополимерных систем имени В.А. Белого НАН Беларуси, кандидат технических наук Петр ГРАКОВИЧ.

САБИЛО С.: Уважаемые ученые, сравните уровень развития химической науки и производства за последние годы в мире и в Беларуси.

КРУТЬКО Н.: Развитие химической науки и химической промышленности в последние 20 лет характеризуется необычайно высокими темпами во всех экономически развитых странах мира. Стремительно растет доля химической продукции в валовом национальном продукте развитых стран и достигает 12—18%. В Беларуси этот показатель сейчас даже выше, однако ученых-химиков сегодня менее 3% от общей численности ученых в стране. При этом аспирантов-химиков меньше, чем всех остальных категорий, — 77 человек из 2 480, что составляет 3,1%. Это опасная тенденция. Необходимо создавать научно-технические структуры, в том числе кластеры в крупных химических центрах страны, и заниматься подготовкой кадров высшей квалификации из числа ведущих специалистов химических предприятий.

ГРАКОВИЧ П.: Думаю, что в ближайшие 10—15 лет произойдут весьма существенные изменения в химической промышленности и связаны они будут в первую очередь с прорывами в энергетике и биотехнологии.

САБИЛО С.: Почему с энергетикой?

ГРАКОВИЧ П.: Дело в том, что на рынке массово появились эффективные и приемлемые по цене накопители энергии — аккумуляторы и суперконденсаторы новых поколений. На подходе — новые высокоэффективные методы получения водорода. Появление мощных накопителей энергии позволяет полностью использовать потенциал «зеленой энергетики»: ветро- и солнечных электростанций. Одновременно упрощается структура крупных энергосистем, т.к. уменьшаются резервные мощности, используемые для компенсации пиков потребления (день-ночь, будни-выходные, зима-лето) и последствий возможных аварий. 

Это хорошо видно на примере электромобилей. Первые «Теслы» по пробегу приближаются к 2 млн км практически без ремонтов. Их аккумуляторы (конструкция 10-летней давности) за первые годы потеряли в емкости 20% и давно стабилизировались на этом уровне. Для электродвигателя моторесурс в 40—50 тыс. ч — не чудо. Коробка передач, ведущие мосты, карданы, радиаторы и прочее не ломаются, т.к. отсутствуют в автомобиле. Тормозные колодки изнашиваются на порядок медленнее, ведь основное торможение машины производится электродвигателем в режиме генератора. Полагаю, примерно через 10 лет начнется кризис автомобильной промышленности, т.к. насыщение рынка электромобилями с большим ресурсом приведет к его уменьшению в несколько раз. Это реально! Рынок мотоциклов и велосипедов также испытывает снижение в десятки раз. В странах Юго-Восточной Азии (главный рынок мира для велосипедов и мопедов), а с некоторым отставанием и у нас мопед с ДВС проигрывает электровелосипеду или электросамокату. Об автомобилях с ДВС лет через 25 будут вспоминать как о паровозах. Грядет резкое снижение потребления бензина и дизтоплива.

Как пример приведу создание в Швейцарии карьерного самосвала, который в ходе работы не потребляет энергию, а вырабатывает. Фишка в том, что он возит груз сверху вниз — с горы в долину. При езде тормозит генератором и накапливает энергию. А так как пустой он, как минимум, наполовину легче, то запасенной энергии с избытком хватает, чтобы подняться на гору.

Снижение выпуска автомобилей скажется на изменении номенклатуры потребляемых автопромом пластмасс. Увеличится спрос на долговечные материалы для кузова и отделки салона. Исчезнет потребность в материалах для изготовления фильтров (кроме салонных), топливных систем.

Взрывообразно будет расти выпуск материалов и прекурсоров для изготовления деталей аккумуляторов и суперконденсаторов, лопастей ветроэлектростанций, солнечных батарей. 

Очевидно изменение структуры переработки нефти с уменьшением доли светлых нефтепродуктов. Все большая доля нефти пойдет на выпуск химических продуктов, в первую очередь полимеров. Соответственно будут массово строиться новые химические заводы, но уже по проектам 2020—2030 годов, конкурировать с которыми предприятиям с основным оборудованием и техпроцессами конца XX века окажется крайне сложно.

Вполне ожидаемый прорыв в водородной энергетике (хранение энергии путем получения водорода с последующим его преобразованием в электричество на топливных элементах) приведет еще к одной технической революции. Ведь плотность энергии в сжиженном водороде на порядок больше, чем в перспективных аккумуляторах и суперконденсаторах. А КПД топливного элемента уже сегодня больше 85%. Если компрессор теплового насоса питается от водородного топливного элемента, получается 250—270% энергоэффективности при полном отсутствии выбросов!

У автомобиля, на котором вместо аккумулятора установлены топливный элемент и емкость с жидким водородом, КПД намного выше, чем у автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. И это экономия углеводородов, которые можно будет использовать с большей эффективностью. Ведь прав был Д.И. Менделеев, когда говорил, что топить нефтью — это то же самое, что топить ассигнациями!

САБИЛО С.: Как биотехнология повлияет на развитие химической промышленности?

ГРАКОВИЧ П.: Через освоение промышленного синтеза белка, по сути — полимера из нуклеиновых кислот. Уже на подходе выращивание с помощью стволовых клеток новых органов человека.

А чуть позже — новые конструкционные материалы на белковой основе с еще более высокими характеристиками, назовем условно «суперпаутина».

Но для многотоннажного синтеза искусственного белка нужно многотоннажное производство аминокислот, ферментов, а также их прекурсоров. Все это — новая химическая промышленность.

Ну и совершенно приземленный прогноз: появятся эффективные технологии утилизации многотоннажно выпускаемых полимеров: полиолефинов, полиэфиров, полиамидов, АВС-пластика, полистирола, ПВХ и т.п.

САБИЛО С.: Дмитрий Гриншпан входит в состав Государственного экспертного совета (ГЭС) «Естественные науки». Что вы можете сказать о предлагаемых к рассмотрению проектах, подразумевающих бюджетное финансирование?

ГРИНШПАН Д.: Нужно отметить, что в мировой практике существуют три вида финансирования. Первый — научные гранты для поисковых работ. Для них не требуется обязательное внедрение. Однако необходимо публиковать научные статьи и выступать на конференциях по теме гранта. Второй — смешанное финансирование, когда есть заинтересованное предприятие, которое вкладывает деньги, чтобы разработка стала его собственностью. Третий — это закрытые научные темы, выполняемые, например, по заказу военно-промышленного комплекса. Информации о таких разработках в открытом доступе нет, а финансирование они получают в полном объеме.

В Беларуси, к сожалению, даже поисковые работы должны проводиться обязательно с внебюджетным финансированием. Нужно находить предприятие, готовое заключить с институтом, в котором работает ученый, хоздоговор на еще не существующий продукт. При поисковой работе никто не знает, какая степень готовности к внедрению будет получена. Сегодня ученый обязан не только изобрести, но и внедрить, иначе придется вернуть средства, потраченные на исследования. Поэтому многие берутся не за развитие передовых идей, а за повторение того, что раньше кем-то уже было сделано.

На мой взгляд, необходимо, чтобы размер бюджетного финансирования позволял научному руководителю провести не только НИОКРовскую часть, но и внедрить разработку. Ученые не должны просить деньги у заводов, которые, к сожалению, не имеют свободных средств для внебюджета.

САБИЛО С.: Расскажите, какие направления развития химического производства вы считаете перспективными в мире и в Беларуси и почему?

КРУТЬКО Н.: В Беларуси предстоит интенсифицировать организацию производств дорогостоящей малотоннажной химической продукции. Малотоннажное производство не требует огромных сырьевых ресурсов, больших производственных площадей, сложного оборудования и способно наделить многотоннажные продукты новыми свойствами.

Следует изучить вопрос о создании совместных предприятий по производству продукции малотоннажной химии, необходимых для изготовления конструкционных, теплостойких, коррозионностойких материалов, используемых в современной авиационной и ракетно-космической технике, атомной промышленности.

Нужно расширить НИОКР в области комплексной глубокой переработки отечественного сырья — калийно-магниевых руд, древесины, торфа, сапропелей и т.д.

Особое внимание следует уделить экспорту инжиниринговых услуг в области горно-химических и химических технологий, которые могут конкурировать с ПВТ.

ГРИНШПАН Д.: Перспективными направлениями развития науки в нашей стране считаю только те, в которых есть мировая новизна, созданная белорусскими учеными. Если им удается освоить только то, что уже делают иностранцы, это не инновация.

САБИЛО С.: Патенты помогут разобраться…

ГРИНШПАН Д.: Есть пионерские патенты и патенты на давно известную тему. Нам надо выявлять именно пионерские разработки и всячески их поддерживать. Например, у нас в НИИ физико-химических проблем есть несколько таких разработок, но их реализация пока тормозится из-за отсутствия средств на окончательное внедрение.

САБИЛО С.: Уточните, пожалуйста, над какими научными темами работаете сегодня, каковы перспективы внедрения ваших научных разработок?

КРУТЬКО Н.: Мы разрабатываем подпрограмму «Инновационные технологии комплексной переработки отечественного минерального органического сырья» Государственной программы «Наукоемкие технологии и техника».

В планах — создание опытно-технологического центра на площадях экспериментальной базы Свислочь по глубокой переработке минерального и органического сырья и опытных участков по производству органоминеральных удобрений, огнезащитных и антикоррозионных покрытий для металла и бетона. В частности, порошковых лакокрасочных материалов, комплексонатов микроэлементов для внекорневой подкормки растений, каталитически активных фильтрующих материалов на основе доломитов г.п. Руба Витебской области для водоподготовки и водоочистки, а также для Белорусской АЭС.

ГРАКОВИЧ П.: Наши темы — взаимодействие лазерного излучения с полимерами (особенно с политетрафторэтиленом) в вакууме для получения покрытий, модификации поверхности и получения пористых систем, плазмохимическая полимеризация органических соединений, композиционные материалы на основе политетрафторэтилена и углеволокон.

Все работы стали основой создания новых конкурентоспособных продуктов: фильтров «Гриф», композиционных материалов семейства «Флувис» и «Суперфлувис», модифицированного углеродного материала «Белум» и многого другого.

ГРИНШПАН Д.: А мне бы хотелось напомнить об инновационных  проектах, которые уже сделаны, но не внедрены. Мы участвовали в союзных программах «Компомат» и «Композиты». Вместе с ОАО «СветлогорскХимволокно» создали опытно-промышленную установку для получения нового вида гидратцеллюлозного и целлюлозно-хитозанового волокон взамен хлопка, но с необычными свойствами. Новая технология в отличие от традиционной не имеет ни сероводородных, ни сероуглеродных выбросов. Полностью отсутствуют сточные воды. В качестве осадительной ванны образуется безбалластное удобрение — смесь монофосфата и дифосфата калия. Нужно лишь организовать это производство. Новая бессероуглеродная технология получения гидратцеллюлозных и модифицированных другими полимерами формованных изделий с использованием ортофосфорной кислоты в качестве растворителя — это реальная альтернатива экологически опасному вискозному процессу.

Напомню, что на Бобруйском заводе биотехнологий есть многотоннажные отходы гидролизного лигнина. Сначала мы сделали из него сорбент для сбора нефтепродуктов, потом — композиционное высококалорийное  топливо. Но если сорбент добавлять не к нефтепродуктам, а к осадительной ванне, то на ваших глазах она из жидкости превращается в легкосыпучий порошок — прекрасное органоминеральное удобрение. Оно прошло тестирование в ведущих сельскохозяйственных институтах страны, получен ряд положительных результатов. В новом процессе одновременно получаются два полезных продукта — гидратцеллюлозное волокно и дефицитное удобрение. Остается готовую технологию превратить в промышленную. При этом мы предлагаем не только отечественную технологию, но и отечественное сырье для этой технологии! Например, мы можем использовать для получения волокна целлюлозу, которую уже начал производить Светлогорский ЦКК, и гидроксид калия — его уже давно выпускает Солигорский калийный комбинат. Союзная программа приняла наши разработки, однако до сих пор существует проблема с масштабированием процесса в заводских стенах.

Упомяну еще об одной нашей инновации. Сейчас многие страны уходят от пластика. А что взамен? Мы разработали съедобную упаковку. Это полностью разлагаемый, точнее съедаемый, продукт, который на 90% состоит из крахмала.

Бум с биоразлагаемым пластиком заканчивается, и это естественно, ведь в 90% случаев он не биоразлагаемый, а биораспадаемый на мельчайшие кусочки, так называемый микропластик, который не разлагается в окружающей среде и наносит вред рыбам, птицам, животным и по пищевой цепочке — человеку. По-настоящему биоразлагаемый пластик делают из молочной кислоты. Ее можно изготавливать из сельскохозяйственных отходов. Но для этого нужны специальные штаммы и дорогостоящие  мембранные технологии. Можно получить грамм молочной кислоты из тонны сырья. Поэтому сегодня молочную кислоту нужно покупать за границей, например в Германии или в Бельгии. Мне довелось присутствовать на совещании главных инженеров волоконных заводов «Белнефтехима». Первый вопрос — можно ли на имеющемся оборудовании получить новые виды волокон и пленок? Теоретически можно, но надо пробовать. Второй вопрос — в каком объеме? Ответа пока нет, так как «Белгоспищепром» еще ничего не заказал. Однако надо учитывать, что во всем мире пошли не по пути биорастворимости пластика, а по пути его запретов. Поэтому скоро полиэтилен и полипропилен будут востребованы все меньше. Разумеется, производство упаковки с применением крахмала не может мгновенно воплотиться в жизнь. Для этого необходимо вложить финансовые средства, подобрать оборудование и модернизировать имеющееся.

САБИЛО С.: Наверное, это было бы проще осуществить на частных предприятиях.

ГРИНШПАН Д.: В последнее время в свободных экономических зонах Беларуси открылись четыре малых предприятия химического профиля. По моему мнению, производство этой продукции можно было давно осуществить на предприятиях концерна «Белнефтехим» и выпускать продукты малотоннажной химии. Например, мы разработали многоразовый фильтр для воды с применением светлогорского сырья — углеродного материала и полиэфирной ткани, прошедшей специальную обработку. Такие фильтры работают в реальных условиях уже более 20 лет. Дело в том, что когда фильтр забивается, его можно полностью восстановить кипячением при 100 °С в присутствии сильных кислот. Тогда вся грязь, которая  в него забилась, растворяется, и фильтр очищает воду, как новый. Это уникальная разработка — единственная в мире. Мы сделали комплекты для МЧС с «растворимым» углем. Наш уголь гидрофильный, адсорбционная активность у него огромная. Мы сделали «черный» аспирин, который не обжигает слизистую. Считаю, что хорошие идеи нужно доводить до конца — организовывать их производство. Но это зависит в большей степени от производственников, а не от ученых.

САБИЛО С.: Как вы считаете, что нужно предпринять, чтобы наука и производство в нашей стране работали с наибольшей продуктивностью?

ГРИНШПАН Д.: Наука и производство должны быть заинтересованы друг в друге. Сегодня отношение к науке двоякое. Иногда приходится слышать: «Белорусской науки нет». Ученые же считают, что науку не понимают. Дело в том, что есть проблемы, которые нужно решать только совместно, объединив усилия науки и производства. При этом от ученых надо требовать не количество зависимостей и закономерностей, а решение вопроса. Сегодня ученый занимается тем, чем может. А должно быть наоборот — нужно искать среди ученых тех, кто может решать насущные проблемы.

ГРАКОВИЧ П.: Предлагаю использовать опыт Польши. Однажды в Гомель из Познани приехал почетный доктор нашего института, профессор Болеслав Юрковски. Он рассказал, что раньше новые разработки внедрить было крайне сложно, пока не изменилось законодательство. Теперь официально можно формировать внедренческие коллективы, в которые кроме научных сотрудников входят специалисты заводов, включая высших руководителей. Естественно, в том случае, если они непосредственно участвуют во внедрении. Это позволило напрямую финансово заинтересовать всех специалистов завода.

Хотя в Беларуси давно принято патентное законодательство мирового уровня, но оно не работает так, как бы хотелось.

КРУТЬКО Н.: Для развития, интенсификации и координации работ в области химических технологий и объединения химических предприятий независимо от форм собственности необходимо создать республиканский химический технопарк с экстерриториальным принципом его функционирования. Концерн «Белнефтехим» может исполнять функции координатора и управляющей компании всех химических предприятий, что позволит увеличить валовой объем продукции, который должен учитываться в балансе концерна.

Нужно продолжить работы по созданию в нашей стране инновационных научно-технических структур, в частности кластеров и инжиниринговых компаний. Цель их создания — это не только оказание инжиниринговых услуг белорусским предприятиям, но и, самое главное, — поставки их на экспорт с учетом нашего весьма ограниченного ассортимента полезных ископаемых.

Пришло время использовать достижения IT-индустрии для создания и развития инновационных химических технологий, например для разработки комплексных программ проектирования.

Журнал «Вестник Белнефтехима» мог бы стать площадкой для обсуждения вопросов инновационного развития химического комплекса Беларуси. Это была бы полезная, интересная и плодотворная работа!

ФОТО Дарья Хачирашвили, Виктория Анискевич-Клопоцкая

Самое интересное в белорусской нефтехимии всегда на нашем Telegram-канале. Присоединяйтесь!