12 березня 2025 року в будівлі Президії НАН України відбулися ХХХV читання академіка В.І. Вернадського «Наукоємні технології – переможна сила у війні і конкуренції».
Щороку 12 березня Національна академія наук України проводить читання на вшанування пам’яті свого першого президента – науковця-природодослідника, історика, філософа й організатора науки академіка Володимира Івановича Вернадського (1863–1945). Його наукові праці присвячені мінералогії, кристалографії, історії та філософії природознавства, а також геохімії, біогеохімії та радіогеології, засновником яких він був. Володимир Вернадський розробив учення про біосферу, зокрема ноосферу. Досліджував геохімічні закономірності будови і складу Землі, хімічний склад земної кори і гідросфери, міграцію хімічних елементів у земній корі, розподіл і роль радіоелементів у її еволюції. Розробив теорію про провідну роль живих істот у геохімічних процесах та еволюційну теорію походження мінералів.
Член-кореспондент НАН України Володимир Ємельянов
Засідання відкрив перший заступник головного вченого секретаря НАН України, директор Центру проблем морської геології, геоекології та осадового рудоутворення НАН України член-кореспондент НАН України Володимир Ємельянов. Привітавши учасників заходу, він виголосив вступне слово:
«Сьогодні ми зібралися, щоби вшанувати пам’ять і науковий спадок Володимира Івановича Вернадського – видатного вченого-енциклопедиста, філософа природи, засновника геохімії, біогеохімії та вчення про ноосферу, першого президента нашої Академії, якому вона значною мірою завдячує своїм існуванням. Його ідеї не лише прокладали шлях для нових напрямів у науці, а й формували гуманістичний світогляд, у центрі якого – відповідальність людства за майбутнє планети.
Особливо актуальними сьогодні є його роздуми про місце і роль науки у переломні моменти історії. Вернадський вважав науку невіддільним складником прогресу, здатним об’єднувати людей незалежно від політичних чи національних кордонів. Під час воєнних лихоліть він наголошував, що саме наукове знання є фундаментом для збереження цивілізації, а сама наука має лишатися незалежною, працюючи задля користі людства навіть у найтемніші часи.
У роки Першої світової війни та революційних потрясінь Вернадський не припиняв наукової роботи, розуміючи, що навіть у часи руйнування суспільство потребує інтелектуального світла. Він активно сприяв створенню нових наукових інституцій, організації досліджень, які заклали підґрунтя для відновлення країни після кризи.
Його концепція ноосфери, в якій людський розум стає потужною силою, здатною гармонізувати взаємодію суспільства і природи, сьогодні набуває нового значення. Вона вчить нас, що науковий поступ має йти пліч-о-пліч із моральною відповідальністю, а збереження культурної та інтелектуальної спадщини є основою для майбутнього розвитку.
У ці складні часи, коли Україна бореться за свою Незалежність і право на існування, ідеї Вернадського надихають нас не зупинятись у прагненні до знань, продовжувати наукові пошуки та вірити в силу людського духу і силу перемоги.
Розробки, що їх створюють учені Національної академії наук України заради підвищення обороноздатності й безпеки держави, вкрай важливі для розвитку технологій у виробництві озброєння та військової техніки, а також для поглиблення науково-технічної співпраці Національної академії наук України з Міністерством оборони України, Генеральним штабом Збройних Сил України і Державним концерном «Укроборонпром».
Адже саме завдяки наполегливій праці вчених сьогодні закладається фундамент для відбудови нашої держави та її процвітання у майбутньому.
Бажаю всім учасникам читань натхнення, плідних дискусій та нових наукових звершень, а також нових творчих здобутків, миру і безпеки! Нехай приклад життя і діяльності Володимира Івановича Вернадського стане для нас дороговказом у спільній справі служіння науці та суспільству».
Академік НАН України Олексій Онищенко
Першу доповідь – «Технології – ключові чинники суспільних трансформацій» – виголосив почесний генеральний директор Національної бібліотеки імені В.І. Вернадського, радник Президії НАН України академік НАН України Олексій Онищенко:
«З огляду на загальну тему читань, передусім хочу згадати основоположну думку філософії В.І. Вернадського про те, що людство, озброєне науковими знаннями, становить геологічну силу.
Знання і досвід, втілені у технологіях, рухають цивілізаційний процес. Технології визначають складники й порядок творення продуктів і послуг, організації суспільних форм буття людей. Вони є своєрідними алгоритмами творення й перетворення матеріальних і духовних благ. І від того, наскільки вдало у них поєднані знання і досвід, складники (згадаймо, що грецьке «техно» і означає «майстерність», «мистецтво», «уміння»), залежить масштаб і якість результату. Найефективнішими були найбільш знаннєємні, наукоємні технології, бо вони суттєво змінювали способи виробництва і способи життя, змінювали світ.
Задум мого виступу – показати, що саме технології за умов їхнього масового використання спричиняють стрибки в суспільному розвитку, оновлення ідеалів, примноження інтелектуального потенціалу, змінюють форми правління, світопорядок, тобто правлять світом. Для цього, звісно, потрібні глибокий історичний екскурс і широкий огляд сучасних технологічних трендів. Але це неможливо у межах регламенту. Тому обмежусь окремими масово відомими прикладами, узагальнено, фрагментарно, уникаючи хронології, деталей, опису. В полі зору матиму лише технологію та її планетарне значення.
Чи не першою технологією, що змінила світ, було винайдення способів добування вогню. Освоєння вогню відкрило первісним людям широкі можливості для підвищення якості їжі, поліпшення захисту від холоду, звірів, ворожих племен. Навколо родинних вогнищ гуртувалися покоління, що сприяло формуванню перших людських спільнот. Спершу вогонь добували тертям двох дерев’яних паличок або кресанням, а потім додалися суміші хімічних елементів. Вогонь породив металургійне виробництво, яке є основою всієї технічної сфери. Досвід добування і використання вогню поширився на всіх континентах. Вогонь став невіддільним елементом життєзабезпечення. Без освоєння вогню не було б і сучасної цивілізації. Він і нині дає нам тепло, світло й енергію.
Показовим прикладом того, як знання, вкладені у технології, впливають на суспільно-історичні процеси, є винайдення колеса. Колесо принесло давнім соціумам зростання динаміки у житті, збагачення зв’язків, перевезення великих вантажів на довгі відстані, розширення можливостей освоєння нових територій. Воно послугувало розвитку наземного транспорту, сприяло розвитку торгівлі, підвищенню продуктивності праці. Можна сказати, що колесо зблизило народи, країни і континенти, революціонізувало виробництво, зв’язок і побут.
Ще одне вагоме свідчення залежності суспільного прогресу від технологічного дає двигун. У його моделі реалізується вічне прагнення людства замінити чи доповнити людську і тваринну силу машинною. І це відкрило необмежені можливості для пришвидшення всіх видів робіт, що суттєво змінило продуктивні сили і суспільні відносини. Зростав валовий продукт. Розпочався процес переходу від ручної праці до машинної. Двигун став вісником входження в індустріальному еру, яка ознаменувалася потужним піднесенням науково-технічного потенціалу цивілізації.
У доіндустріальну еру знання накопичувалися повільно, нові критичні технології виникали рідко, соціальні наслідки впровадження технологій формувалися довго. Але виробництво знання має історичну закономірність – прискорення. Здобуті знання не зникають – вони зберігаються в пам’яті, і до них додаються нові. Це створює ширшу базу для появи ще новіших знань. Водночас на нових знаннях виростають нові технології, які породжують нові галузі виробництва і суспільні явища.
З другої половини ХVIII століття цей процес охопив промислову сферу Великої Британії, а далі поширився на інші країни Європи, США, Японію. Причому масштаби технологічного впливу та їхні наслідки були такими значними, що пізніше історики стали говорити про низку промислових революцій і життєустроїв, що їм відповідали. Наслідками широкої реалізації промислових технологій став перехід від сільськогосподарського до індустріального виробництва, становлення капіталістичного ладу, урбанізація, виникнення робітничого класу, профспілкового руху, формування демократії.
Країни, які швидше і більше освоювали новітні промислові технології, мали економічні, політичні, військові переваги. У Великій Британія, де розпочалася перша промислова революція, на піку її (революції) піднесення (1850 року) виплавлювали половину світового чавуну, видобували більш як половину кам’яного вугілля, переробляли майже половину бавовняної сировини. Вивезення капіталу стало однією з головних статей англійського платіжного балансу. Технічна перевага англійської промисловості забезпечила англійським товарам перемогу в конкурентній боротьбі в усіх країнах світу».
Промислова революція не випадково вперше виникла саме в Англії. До неї вели тамтешні тогочасні успіхи у природознавстві і запити практики на поліпшення знарядь праці задля звільнення людини від важкої фізичної роботи. Закономірно винайдено парову машину, яка відкрила епоху переходу до машинного виробництва. Постала потужна машинобудівна галузь, яка і досі є серцевиною великої та малої промисловості. Протягом століття машина у передових країнах стала основним засобом виробництва. Ідея двигуна, безперервно оновлюючи свій технологічний образ, підкорила світ.
Революційні зміни у промисловості породила історична тенденція перетворення науки на безпосередню продуктивну силу. Наукові винаходи і відкриття через технології машин і механізмів стають на робочі місця. На всіх етапах розвитку промисловості саме наука відкривала шляхи оновлення засобів виробництва. У підсумку все зводиться до винайдення нового типу машин. У першій промисловій революції – це парова машина, у другій – електрична машина, у третій (сучасній) – обчислювальна машина й у четвертій, яка настає, – інтелектуальна машина, що навчається сама, тобто штучний інтелект. Рівень «машинізації» виробництва і побуту є фактичним показником сили суспільства.
Усі війни й економічні конкуренції по суті були війнами і конкуренціями технології. Часом технології витісняли цілі роди військ або створювали нові. Скажімо, паровий флот вивів із бойового використання парусний. Кулемет унепотрібнив кавалерію. Дрони ставлять нині під сумнів ефективність танків і бронетранспортерів. Формуються нові роди військ – кібернетичні, інформаційні, війська безпілотних систем. «Зелена», сонячна енергетика потісняють нафтогазову. Інтернет звужує сферу впливу преси, радіо, телебачення. Селекційні види рослин і тварин значно перевершують звичайні за якостями.
Те, чого суспільство хоче від науки, зводиться до трьох простих речей: міцність, швидкість, тривалість дії виробу. Якщо це є, тоді додадуться й інші якості, необхідні для виживання і комфорту. Але вимоги до забезпечення міцності, швидкості і тривалості дії виробів повсякчас зростають.
Розвинене природознавство – середовище, з якого виростають нові ідеї та теорії, на яких будуються високі промислові технології. Тому турбота про неухильне підвищення рівня природознавчої грамотності є стратегічним завданням. На це мають системно спрямовуватись освіта, просвіта, інформаційна робота. Від рівня масової природознавчої грамотності залежать темпи перетворення ідей на технології, а технологій – на інструмент творення товарів і послуг.
Від початку ХХІ століття у світі загострилася конкуренція за лідерство в технологічній сфері. Успіхи пов’язують з утвердженням четвертої промислової революції (Industry 4.0), де пріоритетом номер один є штучний інтелект (ШІ). 50 держав ухвалили стратегії розвитку штучного інтелекту. ООН створила консультативний орган високого рівня з питань штучного інтелекту. Україна теж затвердила Концепцію та Стратегію розвитку штучного інтелекту. Уряди країн, які претендують на технологічне лідерство, виділяють на сферу штучного інтелекту величезні кошти. США, наприклад, запланували 500 мільярдів доларів, Франція – 109 мільярдів євро. Вважається, що внесок у ШІ – це внесок у майбутнє світової економіки і всього світового ладу.
Індустрія 4.0 – суперіндустріалізація. Вона передбачає інтеграцію багатьох технологій, що забезпечують створення саморегульованої системи. Виробництво стає високоавтоматизованим, із мінімальним втручанням людини чи й зовсім без нього. Засновник і незмінний президент Всесвітнього економічного форуму в Давосі, швейцарський економіст, професор Клаус Шваб відзначає, що індустрія 4.0 – це прориви у таких галузях, як «штучний інтелект, робототехніка, інтернет речей, автономний транспорт, 3D-друк, нанотехнології, матеріалознавство, нові батареї, квантові комп’ютери». «Технології зливаються, – пише він, – і кордони матеріального, цифрового і біологічного світів зливаються».
Він певен, що четверта промислова революція «повністю змінить наш спосіб життя, роботи і комунікації, повинні змінитися всі учасники глобальної політики, всі гравці, від приватних до державних секторів, повинні змінитися і академічний світ, і саме суспільство». «Четверта промислова революція змінить саму природу національної та міжнародної безпеки. Вона вплине як на вид конфліктів, так і на їхню природу. Історія військової справи і національної безпеки – це історія технологічного прогресу». Остання думка особливо важлива для нас сьогодні в розпал агресії рф проти України.
Плоди індустрії 4.0 дедалі більше стають повсякденністю. І це спростовує теорію індустріального суспільства. Взагалі індустрія – супутник людства протягом усієї його історії. Ми завжди потребували і потребуватимемо їжі, одягу, тепла, транспорту. І ця потреба унеобхіднюватиме потужну промислову інфраструктуру, від якої залежить виробництво засобів життєзабезпечення (матеріалів, техніки, енергії, споруд тощо).
Виробництво еволюціонує не в бік скорочення індустріальних складників, а в бік їхнього збагачення, конвергенції і, як наслідок, синергії. Уже в четвертій промисловій революції, яка саме розпочинається, помітне злиття нано-, біо-, інфо-, когнітивних технологій, або ж так звана NBIC-конвергенція. На її базі, як прогнозують, формуватиметься інтегрована комплексна наукова технологія, яка дасть змогу виробляти машини і матеріали із заданими властивостями. Розвиток науково-технологічної сфери – шлях до технологічного лідерства. У «Резюме переглянутої стратегії НАТО щодо штучного інтелекту (ШІ)» від 10 липня 2024 року передбачено «заходи щодо конвергенції між ШІ та іншими революційними технологіями» (п.6. ІХ).
У системі інтегрованої наукової технології зросте роль соціальних технологій – способів і методів розв’язання соціогуманітарних проблем. Щоправда, соціальні технології дискредитуються політичними, виборчими технологіями, технологіями інформаційних війн. Але соціальні технології за своєю суттю людиноцентричні й суспільствотворчі. Ця їхня конструктивна роль неодмінно вписує їх у тісний зв’язок із природознавчими і технікотворчими технологіями. «Розумне» суспільство, «розумні» міста, будинки, заводи, всі «розумні» машини, матеріали, процеси взагалі втілюють у собі й відповідний внесок соціальних технологій. Соціальні технології орієнтують усі технології на розвиток особистості, що становить сенс цивілізації.
Технології – дітище науки. Передусім фундаментальної. Сила технологій – в їхній наукоємності. Технології – це наука, перекладена на мову алгоритмів. Від майстерності цих алгоритмів завжди залежать успіх у соціальному прогресі, переваги у війнах і конкуренціях.
Україна здобула Незалежність розвиненою науково-технологічною країною. Цей потенціал зберігається. Перебудова наукових установ під потреби оборони і безпеки свідчить, що українська національна наукова система життєздатна. Технологічний розвиток України загалом синхронний із європейським. А в деяких галузях – наприклад, виробництві дронів і електронному врядуванні – Україна навіть лідирує. Зміцнення технологічного потенціалу держави – запорука перемоги у російсько-українській війні і повоєнній відбудові. Технології – робочий інструмент прогресу в усі часи. Важливо, щоби на всіх рівнях державного управління, бізнесу і громадськості взяли на озброєння думку, що СВІТОМ ПРАВЛЯТЬ ТЕХНОЛОГІЇ».
Академік НАН України Анатолій Білоус
Далі завідувач відділу хімії твердого тіла Інституту загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України академік НАН України Анатолій Білоус виголосив доповідь «Розроблення плівкових композиційних літій- та натрій-провідних електролітів і електродних матеріалів для твердотільних акумуляторів».
Доповідач повідомив, що Інститут загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України й Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України почали виконувати проєкт зі згаданої теми за бюджетною програмою «Підтримка розвитку пріоритетних напрямів наукових досліджень» (КПКВК 6541230) на 2025–2026 роки, а також коротко описав найперші одержані результати і окреслив напрями подальшої роботи виконавців проєкту:
«Чим зумовлена проблема, яку ми намагатимемося розв’язати? Згідно з прогнозом, до 2050 року 80% населення нашої планети мешкатиме у містах, а за 60% забруднення міст відповідають автомобілі, що працюють на бензині та дизелі. Тобто до середини століття це може бути не просто екологічною проблемою, а катастрофою. Вихід один – електромобілі. Але для них потрібні батареї. Як відомо, зараз широко використовуються літій-йонні акумулятори, особливо в автомобілях. Тому не дивно, що цей напрям дуже активно розвивається.
Де сьогодні найбільше виробляють літій-йонних акумуляторів? Переважно в Азії. 60% припадає на Китай, 17% – на Японію, 15% – на Південну Корею. США – це всього 2% виробництва, Європа – 1%. Отже, у цій галузі Європа й Америка залежать від Азії ще більше, ніж від Тайваню в певній елементній базі. Така залежність може мати дуже негативні наслідки як для Європи, так і для США.
Варто відзначити, що у цих літій-йонних акумуляторах використовується рідкий електроліт. На жаль, вони мають один великий недолік – можуть займатися в процесі циклування. При масовому виробництві й масовому застосуванні доволі потужних літій-йонних акумуляторів в автомобілях це може мати надзвичайно серйозні негативні наслідки.
Загальновизнаний факт, що такий недолік не властивий твердотільним акумуляторам. Близько 10 років тому французька компанія “Bluecar” уперше в світі розробила твердотільні літієві акумулятори з літієвим полімером у ролі твердого електроліту. Ці акумулятори працювали тільки на певних типах французьких автомобілів, які продавалися на батьківщині. Щоправда, виявилося, що такі акумулятори мають низку недоліків, зокрема, їх потрібно попередньо нагрівати до 80 °С. Тому виробництво зупинилось, і сьогодні намагаються вдосконалити вже твердотільні акумулятори, розроблюючи твердий електроліт за трьома можливими напрямами – на основі літій-провідного полімеру (як це робила компанія “Bluecar”), неорганіки (оксидної або сульфідної) чи композиційних матеріалів (із полімером, який наповнюють неорганічними наночастинками).
Ми з колегами зосередилися на створенні композиційних матеріалів, використовуючи неорганічні літій-провідні матеріали на основі оксидів. Сьогодні відомо про три класи матеріалів із високою провідністю за йонами літію серед оксидних систем: матеріали зі структурою певровськіту (ці матеріали вперше розроблено в Інституті загальної та неорганічної хімії ім. В.І. Вернадського НАН України, у відділі, який я очолюю), матеріали зі структурою NASICON (створені у групі американського нобеліата Джона Ґудінафа (1922–2023), який розробляв і літієві, і натрієві тверді електроліти) і матеріали зі структурою гранату (їх розробили у Німеччині під керівництвом доктора Вернера Вепнера – професора Кільського університету). Ці матеріали демонструють хорошу провідність за кімнатної температури і можуть бути використані при розробленні твердотільних акумуляторів. Цьогоріч наша дослідницька група планує одержати необхідні матеріали і створити прототипи твердотільних літієвих акумуляторів, наступного року – розробити їхні натрієві аналоги.
Електрохімічні акумулятори складаються з трьох компонентів – катода, анода і твердого електроліту. Почну з катода. Відомі різні типи катодів, що їх сьогодні використовують для акумуляторів із рідким електролітом. Розкажу тільки про катоди з шаруватою структурою. У своєму дослідженні ми використовували матеріали з абревіатурою NMC (хімічний склад: літій, нікель, манган, кобальт, оксиген). У рідкому електроліті, де гексафторфосфат літію розчинявся у суміші розчинників етиленкарбонат : діетилкарбонат : диметилкарбонат (1:1:1), під час циклування й за наявності вологи утворюється фтороводень (HF), який взаємодіє з катодом. У результаті характеристики катодів, а отже, й акумуляторів погіршуються. Щоб запобігти цьому, деякі дослідники вкривають поверхню катодів сорбентом фтороводню – двоокисом титану або двоокисом алюмінію. Ми ж уперше запропонували використати покриття поверхні катодів літій-провідними матеріалами зі структурою NASICON, які містять алюміній і титан, що дало змогу підвищити стабільність роботи катодів. Крім того, використання для покриття поверхні катодів літій-провідних матеріалів дало змогу підвищити коефіцієнт дифузії йонів літію в катоді, що надзвичайно важливо.
Розповім докладніше про експериментальні дані. У межах нашого проєкту не лише створено, а й уже випробувано модифіковані катоди і здійснено порівняння їхніх електрохімічних характеристик з електрохімічними характеристиками немодифікованих катодів. Ми побачили, що ємність акумулятора, в яких використовується немодифікований катод, падає під час циклування. Якщо ж використовувати модифікований катод – із покриттям, яке ми запропонували, – ємність акумулятора лишається стабільною. Отже, ми вже напрацювали конкретні рішення, які дають змогу поліпшити катоди в літій-йонних акумуляторів, де використовується рідкий електроліт.
Ще один цікавий результат досліджень: якщо модифікувати поверхню анода на основі титанату літію L4Ti5O12 (такі аноди застосовуються у багатьох електрохімічних системах), то підвищується ємність акумулятора, а також поліпшуються його характеристики при значних густинах струму. Як бачите, ми маємо ідеї та пропонуємо підходи для вдосконалення електродних матеріалів.
Тепер щодо твердого електроліту. Ми, як і компанія “Bluecar”, намагалися скористатися поліетиленоксидом, але пересвідчилися, що тоді акумулятор справді потрібно постійно нагрівати перед запуском. Тому ми використали інший полімер – полівініліденфторид – і врешті-решт підібрали умови, за яких отримали потрібну плівку. Було отримано безпористу тонку (завтовшки близько 25 мікрон) плівку на основі полімеру полівініліденфториду, яка проявляла діелектричні властивості. Ввівши до складу полімеру солі літію та неорганічні частинки літій-провідних матеріалів зі структурою NASICON, ми отримали плівкові матеріали з відносно високою літієвою провідністю при кімнатній температурі.
Ми хочемо розширити ці дослідження, використовуючи матеріали не лише зі структурою NASICON, а й зі структурами перовськіту і гранату. Це має бути наукова робота, яка водночас матиме цілком конкретну практичну користь. Плануємо також створити натрієві твердітільні акумулятори, інформація про які у літературі вкрай обмежена. Нині у Китаї розпочали виробляти натрієві акумулятори з рідкими електролітами. Збираємося знову використати полімер і модифікувати його неорганічними матеріалами зі структурою β-глинозему. Ці сполуки мають дві модифікації, одну з яких – βʺ-глинозем – не використовують, бо, попри чудову провідність, вона поглинає вологу. Як схитрувати в цій ситуації, не порушивши законів природи? Ми сподіваємося, що використання наночастинок зі структурою βʺ-глинозему як наповнювача у полімері дасть змогу захистити наночастинки від взаємодії з вологою і забезпечить високу провідність композиційної плівки. Також як неорганічні натрій-провідні наночастинки ми плануємо використовувати матеріал зі структурою NASICON – розробимо технологію його синтезу, щоби спробувати створювати натрій-провідні плівки. Для катодів плануємо використовувати оксидні матеріали із шаруватою структурою і гексаціаноферрати, для анодів – турбостратний (волокнистий) вуглець.
2026 року плануємо синтезувати слабкогенеровані наночастинки двох типів натрій-провідних матеріалів зі структурою β-глинозему. βʺ-глинозем помістимо у твердий електроліт, а за допомогою β-глинозему, який має дещо нижчу провідність, але стабільний до вологи, спробуємо модифікувати катод, щоби зменшити опір (так званий інтерфейс) між катодом і твердим електролітом. Адже опір інтерфейсу – це ще одна величезна проблема твердотільних акумуляторів».
Доктор технічних наук Костянтин П’яних
Завідувач відділу технологій альтернативних палив Інституту газу НАН України доктор технічних наук Костянтин П’яних виступив із теми «Технологія переробки вуглецевмісної сировини у синтез-газ та вуглеводні», розповівши про результати наукового проєкту «Розроблення гетерогенно-каталітичних процесів отримання рідких синтетичних моторних палив з вітчизняної сировини для забезпечення енергонезалежності держави». Інститут газу НАН України й Інститут фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України виконують цей проєкт у межах уже згаданої бюджетної програми «Підтримка розвитку пріоритетних напрямів наукових досліджень».
«Ми з колегами працювали за дуже цікавим напрямом. І я певен, що спільна робота наукових установ відкриває великі можливості, – зауважив доповідач. – Інститут фізичної хімії імені Л.В. Писаржевського НАН України опікувався синтезом рідких вуглеводнів із синтез-газу, завданням же нашого Інституту було цей синтез-газ отримати. Ми розробили технологію газифікації різних типів підготовленої біомаси, бурого вугілля, торфу, твердих вуглецевмісних відходів і твердого відновленого палива (це паливо з відходів). Концепція така: спочатку потрібно одержати синтез-газ, потім перетворити його на вуглеводні, а ці останні – на моторне паливо. Тобто ми з колегами-хіміками забезпечили перші два етапи цього процесу.
Чимало підприємств і навіть дослідницьких організацій у світі створили власні установки для виробництва рідких палив із використанням біомаси. І продукують ці палива подекуди тисячами тон на рік. Є зацікавленість, попит – є пропозиція.
Як із цим завданням упоралися в Інституті газу НАН України? Я представляю наукову школу академіка НАН України Ігоря Миколайовича Карпа, який завжди говорив, що наші дослідження мають завершуватися впровадженням у промисловість. Так і працюємо. На підприємствах використовуються наші газогенераторні технології. Наприклад, установка потужністю 2 мегавати для заміщення природного газу газогенераторним, виробленим із пелет деревини. Нашу технологію газифікації реалізовано також у газогенераторній електростанції, що виробляє електроенергію за допомогою генераторного газу. Тобто електричну енергію ми теж навчились отримувати, фактично, з біомаси.
Технологія дуже цікава, а головне – надійна, як автомат. Завантажуємо паливо, підпалюємо його згори, а знизу подаємо повітря. Вгорі починається горіння, яке поступово опускається донизу, лишаючи по собі вуглець – активоване вугілля. З 1 тони біомаси виходить 100 кілограмів висококалорійного і малозольного активованого вугілля, а виділений газ спрямовується на виробництво електричної енергії або заміщує природний газ. Теплову ж енергію можна використовувати для сушіння, опалювання тощо.
Звісно, перш ніж узятися за цю роботу, ми здійснили математичне моделювання процесів кисневої газифікації різних матеріалів, поставивши собі технічне завдання досягти співвідношення водню до вуглекислого газу – 2:1. А далі вже шукали способів, як це зробити. Побудували дослідницький стенд, доволі складний навіть на вигляд, а не лише за конструкцією. До нього входять такі ключові елементи, як, наприклад, система підготовки газу, пальник, газогенератор, система очищення газу (вони розраховані на виробництво сотень кубічних метрів продукту), а також система синтезу вуглеводнів. На кожному етапі досліджень нам доводилося розв’язувати різні дрібніші супутні проблеми.
Скажу також про реактор синтезу вуглеводнів. Його систему охолодження побудовано на воді, яка перебуває під тиском 100 атмосфер, що забезпечує температуру в самому реакторі – 270–300°С. Крім того, всередині реактора розміщено каталізатори, розроблені в Інституті фізичної хімії імені Л.В. Писаржевського НАН України.
Отже, під час газифікації утворюється генераторний газ. У своєму складі він містить вуглекислий газ, який унеможливлює процес Фішера–Тропша (це каталітичний процес, у підсумку якого мають утворитися рідкі вуглеводні). Тобто вуглекислий газ необхідно вилучити з продуктів газифікації твердих палив. Для цього потрібне спеціальне обладнання. І в Інституті газу НАН України його теж розробили і випробували. Ба більше, установку для очищення газу (а саме – звалищного газу) за нашою схемою вже будують на одному з українських підприємств: газ, очищений від CO2, спалюватимуть, щоб отримати електричну енергію. Але виокремлений із суміші вуглекислий газ теж можна буде продавати.
Далі. Ми також випробували свою технологію газифікації різних типів сировини з повітряним дуттям і дуттям, збагаченим киснем. І отримали результат, на який не сподівалися: фактично ми розробили особливий спосіб отримання синтез-газу з використанням кисневого дуття, з баластуванням парою і з попереднім підігріванням палива.
До речі, крім пелет із деревини, газу із соняшника, лігніту, бурого вугілля і твердого відновленого палива, ми спробували газифікувати гуму. Це теж дуже цікавий напрям. Подрібнивши гуму з автомобільних шин і газифікувавши її, ми одержали газ для використання у двигунах або для спалювання. Його не так складно очистити від сірки. Крім газу, у підсумку виходить також коксовий залишок із високою калорійністю і не дуже високою зольністю. Із цим паливом уже можна працювати далі.
Який наш головний результат на цей момент? Із синтез-газу вдалося виділити фракцію рідких вуглеводнів – 87 грамів з одного кубічного метра. Або ж 150 грамів з одного кілограму вихідної сировини. Крім того, ми розробили і випробували регламент технологічного процесу. Проте на цьому наша робота не закінчується. Як я вже сказав, ми налаштовані на впровадження здобутих результатів. Далі плануємо працювати над одержанням метанолу з різної сировини (використовуючи вже розроблений алгоритм і дещо змінивши реакторну зону установки), бо на це існує великий попит від підприємців».
Доктор біологічних наук, професор Володимир Юришинець
«Розроблення новітніх технологій біотестування для оцінювання токсичності та ідентифікації класу забруднюючих речовин, що потрапляють у водні об’єкти внаслідок воєнних дій» стосувалася доповідь заступника директора з наукової роботи Інституту гідробіології НАН України доктора біологічних наук, професора Володимира Юришинця.
«Володимир Іванович Вернадський працював на Дніпровський біологічній станції, від якої бере початок Інститут гідробіології НАН України. Тому я особливо радий виступити на цих читаннях.
Щодо проблеми нашого сьогодення – забруднення довкілля, спричиненого війною. На ризик впливу воєнних дій в Україні наражається понад 60 тисяч річок (зокрема, 9 великих) і більш як 20 тисяч озер, понад 1000 водосховищ (із них 8 – великі), десятки тисяч гребель і захисних дамб, тисячі комунальних очисних споруд, сотні хвостосховищ, – повідомив науковець. – Окрім руйнівного впливу на технічні об’єкти в різних регіонах від початку воєнних дій, війна прямо чи опосередковано спричиняє катастрофічне та системне забруднення поверхневих і підземних вод.
Хоча людству загалом відомі основні джерела та шляхи забруднення довкілля, а також точковий і дифузний характер забруднення, проте війна непередбачувано впливає на ці антропогенні процеси. За приблизними оцінками, зараз людство щодня використовує близько 100 тисяч хімічних речовин, а понад 50 мільйонів хімічних речовин відомі та зареєстровані у відповідних реєстрах. Зрозуміло, що комплексний хімічний моніторинг такої сукупності речовин і всіх їхніх похідних і побічних продуктів неможливий. Тому в пригоді тут стають методи біотестування, які базуються на оцінюванні токсичності різних середовищних матриць за реакціями живих організмів. Це можуть бути фізіологічні, біохімічні реакції, пригнічення росту або загибель організмів (тест-об’єктів). Головні переваги цього підходу полягають у його відносній простоті й доступності, порівняно високій швидкості виконання дослідження, відсутності потреби у вартісному устаткуванні та реактивах, високій чутливості підібраних тест-організмів до мінімальних концентрацій токсичних агентів у водному середовищі.
Інститут гідробіології НАН України має вагомі й давні напрацювання, оскільки стояв біля джерел розроблення біотестів (для визначення токсичності води і донних відкладів) та створення відповідних стандартів в Україні. У нашій установі підтримують колекцію з 12 культур біотестів: це мікроводорості й вищі водні рослини, планктонні ракоподібні, амфіподи, личинки комах, риби.
Посилити інформативність біотестування може поєднання тестів на токсичність із певними процедурами обробки зразків води і донних відкладів, що призводять до зменшення біодоступності токсичних забрудників у сумішах навколишнього середовища. Виявилося, що цей підхід може бути ефективним скринінговим методом під час виявлення чинника токсичності у водному середовищі та ліг в основу процедури ідентифікації та оцінювання токсичності (Toxicity Identification Evaluation – TIE), яку свого часу запропонувала і впровадила EPA (Агенція захисту довкілля, США).
А тепер – про застосування біотестування під час повномасштабного російського вторгнення в Україну. Ще на початку вторгнення, щоб захистити Київ, зруйнували дамбу між річкою Ірпінь і Київським водосховищем. Значні маси води потрапили в долину річки і затопили її. Постало запитання: що робити з басейном річки Ірпінь, як ренатуралізувати водойму? Над цим науковці Інституту гідробіології НАН України під керівництвом директора установи академіка НАН України Сергія Афанасьєва працювали в межах проєкту «Розробка технологій та заходів з ревіталізації річкових систем, що постраждали внаслідок російської агресії, як складова розділу 8 Планів управління річковими басейнами» за ґрантом Національного фонду досліджень України. У проєкті використовувалися, зокрема, методи оцінювання токсичності водного середовища та донних відкладів у басейні Ірпеня. Було оцінено різні масиви поверхневих вод. Уже 2024 року вода у більшості випадків була нетоксична або виявляла помірну токсичність. Водночас, донні відклади, які є своєрідним накопичувачем усіх забрудників, чинили більш виражену токсичну дію. Тож, відновлюючи басейн Ірпеня, варто подумати, що з ними робити, яких заходів уживати.
Далі. Вже за кілька днів після руйнування греблі Каховської ГЕС, 12 червня 2023 року, ми досліджували перші зразки, відібрані біля Херсона, зокрема опрацьовували їх за допомогою методів біотестування, щоби з’ясувати їхню токсичність. Вони були гостротоксичні, але проста фізична маніпуляція – вилучення часток завбільшки 3–5 мікрон шляхом фільтрування – зменшила токсичність до помірного рівня. Ми й далі здійснювали моніторинг води з річки Дніпро неподалік Херсона, і вже від середини червня 2023 року вода була нетоксична. Хімічний аналіз показав, що знайдено багато речовин (важкі метали, органічні речовини, зокрема поліциклічні ароматичні вуглеводні). І переважно їх адсорбували саме мікрочастинки.
Тепер про події минулого року – забруднення річок Сейм і Десна. Наприкінці літа, відразу після потрапляння забруднення до річкових екосистем, методами біотестування було оцінено зразки води, а восени – на звернення Сумської обласної військової адміністрації – досліджено донні відклади у зимувальних ямах. Тестування виявило, що зразки були токсичні, але звичайне аерування (оксигенація) протягом години істотно знижувало токсичність зразка. Це дало нам підстави припустити, що йдеться про потужне забруднення органічними речовинами. Його підтвердили й індикатори органічного забруднення, зокрема водорості, знайдені у зразках. Подальший хімічний аналіз не виявив жодних серйозних токсикантів.
Маючи напрацювання у галузі біотестування, ми замислилися про практичне використання і розвиток цього досвіду. Запропонували ідею – й ось уже три місяці наш Інститут виконує ще один проєкт за ґрантом Національного фонду досліджень України – «Розробка уніфікованої тест-системи для оцінки токсичності та ідентифікації класу забруднюючих речовин, що потрапляють у водні об’єкти внаслідок воєнних дій» (ним керую я). Наша мета – розробити прототип мінілабораторії з біотестування води і донних відкладів (для визначення факту токсичності й класу забруднюючих речовин), щоб, якщо знадобиться, доукомплектовувати нею суб’єкти моніторингу (наприклад, відомчі лабораторії). Маємо прописати не дуже складну процедуру, яку зможуть виконувати операціоністи, щоби визначати (не)токсичність, (не)безпечність води та донних відкладів. Цю процедуру ми вирішили доповнити стандартною процедурою ідентифікації та оцінювання токсичності, розробленою ЕРА США. Вона передбачає певні фізико-хімічні маніпуляції зі зразком. А вже потім за допомогою біотестування ми зможемо перевірити, чи змінилася токсичність зразка. Це також дає змогу з’ясувати природу токсичності, тобто ідентифікувати чинник (важкі метали, органічні забрудники тощо).
Спочатку ми виконали 11 серій експериментів на встановлення чутливості до референтних токсикантів планктонних і бентосних тест-об’єктів із колекції Інституту, які різнилися систематичною належністю, особливостями біології та екологічною валентністю: зелені водорості (Chlorella vulgaris, Tetradesmus dimorphus, Desmodesmus brasiliensis), гіллястовусі ракоподібні (Daphnia magna, D. pulex, D. longispina, Ceriodaphnia affinis, Simocephalus vetulus), донні ракоподібні (Chaetogammarus ischnus), личинки двокрилих (Psychoda phalaenoides, Chironomus riparius, Chironomus tentans). Найчутливішими виявилися класичні планктонні тест-організми – ракоподібні Daphnia та Ceriodaphnia. Вперше було запропоновано до використання амфіподи Chaetogammarus ischnus.
Крім того, потрібно було побудувати власний алгоритм, оптимізований з огляду на виконання комплексної процедури оцінювання із застосуванням мінілабораторії.
Стандартний підхід, розроблений у США, передбачає доволі тривалі й численні процедури. Загалом це 9 категорій маніпуляцій і 18 тестів, які виконуються протягом перших двох діб із подальшим коригуванням процедури після аналізу результатів біотестування.
Працюємо над тим, що і як можна змінити у цій послідовності. Виконуючи методичні прийоми TIE, ми застосували у модельних експериментах фізико-хімічні маніпуляції зі зразками води й донних відкладів. Для зразків води апробовано такі методи: регулювання рН, аерацію, фільтрацію, хелатування за допомогою ЕДТА, твердофазну екстракцію на колонці C18, відновлення окисників за допомогою натрію тіосульфату. Для зразків цільних донних відкладів – хелатування за допомогою ЕДТА і використання сорбентів (активованого вугілля, йонообмінної смоли SIR-300).
Наведу деякі приклади фізико-хімічних маніпуляцій із експериментальними зразками та використання біотестів для їхнього коригування. Зокрема, ми спостерегли відповідну реакцію тест-об’єктів на зростання токсичності металів, спричинену зміненням pH середовища. Ефективність твердофазної екстракції органічних забрудників колонкою С18 також може залежати від pH середовища та свідчити про природу токсичності. Наприклад, лише за низьких значень pH нам вдавалося повністю іммобілізувати пікринову кислоту, одну з похідних речовин, що використовуються у вибухових пристроях.
Працюючи з донними відкладами, ми стикнулися з тим, що не всі наявні на українському ринку хімічні реагенти придатні для наших експериментів – деякі з них створювали штучну токсичність. Тому в деяких випадках, крім йонообмінних смол, ми мусили скористатися хелатуванням за допомогою етилендіамінтетраоцтової кислоти (ЕДТА), додавання якої до водних розчинів утворює стійкі відносно нетоксичні комплекси з багатьма металами. Ми підібрали концентрації ЕДТА (50 і 100 мг/л), які виявилися нетоксичними, проте доволі успішно хелатували купрум у концентраціях 2 і 5 ЛК50 (протягом 24 годин для Daphnia magna): тест-організми не загинули.
Ще один важливий момент: токсичність потрібно з’ясовувати швидко. І тут у нагоді можуть стати напівавтоматичні й автоматичні способи визначення параметрів руху тест-об’єктів, бо загалом поведінкові і зокрема рухові реакції тест-об’єктів у біотестуванні використовують як експрес-тест токсичності (у наших модельних експериментах тест-об’єкти уповільнювались або взагалі завмирали, коли концентрація токсикантів зростала). Наразі ми визначаємо передусім довжину пройденого шляху за одиницю часу. Але пропонується використовувати (наприклад, для Daphnia magna) ще й такі параметри, як: час плавання; швидкість плавання; частота рухів антенами; горизонтальний розподіл; вертикальний розподіл і міграція; пройдена відстань; траєкторія плавання; кількість поворотів, кут повороту; час відпочинку, тривалість спокою; скупчення; обертання.
Цього року продовжуємо оптимізувати процедуру комплексного оцінювання. Плануємо виконати експрес-тести зі з’ясування токсичності із застосуванням рухових реакцій; скоротити тривалість аналізу; зменшити об’єми дослідних камер; використати розроблені алгоритми для порових вод.
Науковці світу, які працюють у цій галузі, активно обговорюють питання використання штучних нейронних мереж і машинного навчання саме для дослідження й інтерпретації рухових реакцій водних безхребетних, адже йдеться все-таки про доволі високоорганізованих ракоподібних. Припускають, що за цими поведінковими реакціями штучний інтелект навіть зможе ідентифікувати деякі класи токсичних речовин. Ми теж плануємо розвиватись у цьому напрямі».
Кандидат хімічних наук Анатолій Золотаренко
Про «Світові тенденції щодо оптимізації та ефективного використання водневих джерел струму» доповів завідувач лабораторії композитних матеріалів спеціального призначення відділу водневого матеріалознавства та вуглецевих наноструктур Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України кандидат хімічних наук Анатолій Золотаренко.
Науковець нагадав, що залежно від способу видобування водень умовно позначають різними кольорами: «Так званий «зелений» водень – найекологічніший – одержують за допомогою альтернативних джерел енергії (це, наприклад, вітер, сонце). «Чорний» водень добувають із вугілля. На жаль, сьогодні найбільше (62%) споживається «синій» водень, вироблений на основі природного газу. На другому місці – «чорний» (19%). Чому вугілля й газ домінують? Бо США, які зараз лідирують у водневій галузі, використовують саме ці ресурси.
Крім США, водневу інфраструктуру на своїй території розвивають також Китай, Алжир, Індія, Європейський Союз (як наддержавне утворення загалом) і Німеччина (як окрема держава). Вони і добувають, і транспортують водень. До речі, США – це єдина країна, яка для отримання водню використовує енергію газу. Решта використовують енергію вітру, сонця й інші відновлювані джерела. За оцінками Інституту відновлюваної енергетики НАН України, Україна у перспективі теж зможе отримувати до 505 мільярдів кубічних метрів водню на рік. Це дуже багато. Але – за умови фінансування інфраструктури, зокрема встановлення центрів із виробництва електроенергії з енергії вітру, сонця тощо.
Де застосовують водень? Наприклад, Південна Корея торік відкрила житловий комплекс на 437 квартир, який заживлюють і опалюють за допомогою водневих блоків живлення. Подібні житлові комплекси повністю незалежного живлення планується масштабувати. Від 2024 року водень забезпечує функціонування 300 будинків у Великій Британії.
Німеччина, яка чи не найбільше за решту країн – лідерів у водневій енергетиці розвиває техніку на основі водневих блоків живлення, створила потяги на водні (вони пересуваються зі швидкістю 140 км/год) й у цій сфері конкурує з Китаєм (швидкість руху китайських аналогів – 160 км/год). Завдяки співпраці з німецькою компанією система водневого залізничного сполучення з’явилася й у Нідерландах. Німеччина вже цьогоріч отримала замовлення на виготовлення 41 водневого потяга для інших європейських країн.
Створення незалежної водневої інфраструктури зумовило появу вантажних транспортних засобів на водневих блоках живлення. Лідером цього напряму є Китай, який ще 2021 року продав 7 одиниць такого транспорту. Але США теж дуже активні – там створено мережу транспортних перевезень на вантажних автомобілях «Хюндай» із водневими блоками живлення. У підсумку вартість перевезення вантажів упала на третину. Після успішності цього експерименту США випустили водневі електровантажівки й побудували заправні станції для Швейцарії, Німеччини, Нової Зеландії, Австралії, Південної Кореї, Ізраїлю та Саудівської Аравії. Австралія теж започаткувала, так би мовити, гібридні вантажні перевезення – на транспорті з дизельно-водневими двигунами.
Кожна з країн, які розвивають водневу енергетику й інфраструктуру, має власні водневі автобуси. Перший створили в Японії, зараз їх виробляють і використовують уже в 9 країнах. У США чверть усіх пасажирських перевезень припадає саме на водневі автобуси. А найближчими роками країна збирається збільшити цю частку до 100%. Перейнявшись таким різким розвитком водневого транспорту, Мексика 2020 року замовила у США 10 автобусів і автобусних станцій.
Не пасуть задніх і автомобільні гіганти: перші легкові авто на водневих блоках живлення з’явилися 2007 року. Найновішу модель випустили торік – у компанії «Хюндай». Що правда, балон для зберігання водню у стисненому стані доволі важкий – понад 30 кілограмів (а для автомобілю «Тойота Мірай» потрібні, наприклад, два балони). Проте основна проблема – це тиск 700 атмосфер. 2000 року перша воднева автівка з’явилась і в Україні: її спільно створили й успішно випробували Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України й Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України.
Крім водневих авто, у світі виготовляють також водневі мотоцикли. Вони особливі тим, що використовують паливні комірки і накопичувачі водню. Два вже згадані академічні інститути створили український мотоцикл на водні для групи компаній «Аргус Сервіс». Її керівник Максим Сагдієв переміг на нашому транспорті у знаменитих перегонах на солоному озері Бонневіль (США).
Але і водневі мотоцикли – це ще не все. Торік США побудували найбільшу яхту (завдовжки 119 метрів). Власну водневу яхту має Франція. Об’єднані Арабські Емірати планують створити так звану водневу летючу яхту, яка матиме довжину 9 метрів і розвиватиме швидкість до 75 км/год. Наступного року Норвегія планує добудувати яхту, обладнану штучним інтелектом, який керуватиме водневими блоками живлення. Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України й Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України спільно з турецькими партнерами теж спроєктували яхту, яка плаває на водні. Що відрізняє її від інших яхт? Вона використовує енергію вітру й сонця: вітрила створено з того ж матеріалу, що й сонячні панелі. 2018 року ми почали проєктувати цю яхту, а вже цього року її добудували і спустили на воду в Туреччині. Ще одна особливість яхти полягає у тому, що накопичувач водню слугує одночасно балансом для стійкості судна проти штормових вітрів і штормових хвиль.
Існує водневий транспорт, призначений для пересування не лише суходолом чи водою, а й у повітрі. Впродовж 5 років США реалізовували амбітний проєкт і зрештою сконструювали перший водневий літак, на борту якого можуть розміститися шестеро людей. Він замислювався як екскурсійний, оснащений водневим блоком живлення потужністю 600 кіловат і може літати на відстань 926 кілометрів.
Розвиток водневої інфраструктури неодмінно передбачає розбудову мережі водневих заправок. У Китаї, Німеччині, Південній Кореї та США працюють навіть спеціальні заправки саме для водневих вантажівок і автобусів. Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України й Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України спільно з турецькими партнерами створили власну водневу заправку – наразі на території Туреччини. Електролізер, що генерує водень, використовує енергію сонця, а водень зберігається у великому накопичувачі.
Водневі технології знаходять застосування у військових розробках. Наприклад, у Сінгапурі створено безпілотний літальний апарат на водні, що може долати 30 кілометрів і брати 2 кілограми корисного навантаження. Південнокорейський водневий дрон розрахований на відстань до 9334 кілометрів і піднімає 10 кілограмів корисного навантаження. В Ізраїлі розробили БпЛА, який летить на 750 кілометрів і піднімає до 7 кілограмів корисного навантаження. США цьогоріч запускають у виробництво безпілотний літальний апарат із розмахом крила 61 метр, створений для морських сил. Він може перебувати у повітрі 7 діб і, крім водню, використовує ще й енергію сонця (сонячні панелі прикріплено на його крилах). Лідер галузі – Китай – має дуже широкий спектр водневих безпілотників різних розмірів, але особливої уваги варті два дрони: один із них є першим БпЛА, який може перебувати у польоті 15 годин, долати до 1000 км зі швидкістю 100 км/год і піднімати одну тону корисного навантаження; інший є розвідником і бомбардувальником, може перебувати у польоті 10 годин, піднімає 3 кілограми корисного навантаження, а на борту має щонайменше дві ракети.
Якщо ж вести мову про важчу військову техніку, то Південна Корея створює два типи так званих безшумних танків на водневому двигуні, оснащені найновітнішими технологіями – від штучного інтелекту до спеціального маскувального покриття. Там само планують до кінця 2026 року розробити бронетранспортер на водневих блоках живлення. В Австрії від 2024 року успішно експлуатують водневий колісний навантажувач. Компанія-виробник уже отримала замовлення на виготовлення 20 одиниць цієї техніки.
У чому ж перевага водневих блоків живлення? Вони не виділяють тепла і токсичних газів; не генерують шуму під час експлуатації, оскільки їхня конструкція не містить рухомих частин; не зношуються і не деградують із часом – байдуже, використовуються вони чи простоюють, – бо паливні комірки цих джерел виготовлено на основі платини, яка не окиснюється; на 38% енергоефективніші на одиницю маси системи порівняно з літій-йонними акумуляторами. Важливо також, що Україна виробляє дві третини елементів для водневого блоку живлення. Третину ми наразі купуємо у США, але в перспективі – завдяки розробкам Національної академії наук України – зможемо самі виготовляти те, чого зараз бракує.
Але у водневих блоків живлення є й проблеми, пов’язані зі зберіганням і транспортуванням водню та підвищення коефіцієнту корисної дії паливних елементів. Сьогодні поширені три способи зберігання водню: компримування (зберігання у балонах високого тиску); зрідження; зв’язування з тілом зберігання (або, як іще кажуть, із робочим тілом). Якщо стиснути 44 тисячі літрів водню (це 4 кілограми маси), вони займуть об’єм, що приблизно дорівнює об’єму автомобільного баку для пального. Якщо цей водень зріджувати і знижувати температуру, що дуже енерговитратно, то він зрештою займе об’єм завбільшки з одне пасажирське місце. Найкомпактнішим є робоче тіло: та сама кількість водню вміститься у середовище, що має розмір автомобільного колеса.
Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України й Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України створюють сучасні накопичувачі водню різних розмірів. Які їхні переваги? Один кілограм сорбенту може зберігати 300 літрів водню. І, порівняно з аналогами, це безпечно – завдяки малому тиску: від 1 до 50 атмосфер (для зберігання стиснутого чи зрідженого водню знадобиться тиск від 150 до 700 атмосфер). Розроблені в установах Академії водневі сорбенти різного хімічного складу здатні під час експлуатації очищувати водень для паливного елемента до чистоти 99,9999% і дають змогу створити безпечні компресори високих тисків (до 1000 атмосфер). Ми вже виготовляємо накопичувачі, які вміщують від 3 літрів до 7000 літрів водню і можуть забезпечувати сучасні блоки живлення автономної роботи. А також здійснюємо теоретичні розрахунки сорбентів на основі перспективних матеріалів, а саме – магнію. Передбачаємо, що такі робочі тіла працюватимуть за кімнатної температури. Потім виплавляємо і тестуємо дослідні зразки. Крім того, торік вийшла наша з колегами колективна монографія, присвячена робочим тілам і перспективам їхнього застосування в сучасних накопичувачах водню. Ми поділяємо думку інших фахівців, що до 2050 року воднева енергетика може забезпечити до 18% світових енергетичних потреб».
Учасники читань
За інформацією Комісії з наукової спадщини В.І.Вернадського НАН України,
Національної бібліотеки імені В.І. Вернадського,
Інституту загальної та неорганічної хімії ім.В.І.Вернадського НАН України,
Інституту газу НАН України,
Інституту гідробіології НАН України,
Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
та пресслужби НАН України
Фото: пресслужба НАН України
