Апатиты. Кто такие инноваторы от науки и какая помощь им требуется?
Знает о бетоне все
ИХТРЭМС — один из инкубаторов молодых изобретателей Кольского научного центра. Его сотрудница Анна Цырятьева рассказывает об идее и ее воплощении под руководством кандидата технических наук, старшего научного сотрудника института Веры Тюкавкиной, а еще — о поддержке и спорных моментах.
Недавно на встрече представителей Мурманского регионального инновационного бизнес-инкубатора с молодыми учеными и специалистами КНЦ из тех, кто получил поддержку региональных и федеральных фондов, состоялась интересная дискуссия о том, что есть, чего пока не хватает, что считать удачным, а что пока пробуксовывает. Одной из выступающих была Анна Цырятьева, инженер первой категории. Она окончила аспирантуру по тематике «Строительные материалы и изделия», сейчас оканчивает экстернатуру по специальности «Технология неорганических веществ», чтобы защититься в ИХТРЭМС, где сегодня и работает в Отделе технологии cиликатных материалов.
Работа Анны практически сразу после окончания вуза была связана со строительными материалами:
— Я окончила КФ ПетрГУ по экологической специальности и первым местом работы для меня стал бетонный завод фирмы из Санкт-Петербурга, который несколько лет работал в Апатитах. Трудилась лаборантом-экологом и оператором бетонно-смесительной установки. Затем поступила в аспирантуру и стала инженером в ИХТРЭМС, тогда моим руководителем был доктор технических наук Олег Николаевич Крашенинников.
Несколько последних лет Анна занимается разработкой композиционных материалов с самоочищающейся поверхностью. Над проектом изучения цементных композитов, модифицированных титаносиликатными добавками, она работает не одна. Подчеркивает, что основная роль принадлежит ее руководителю, кандидату технических наук, старшему научному сотруднику ИХТРЭМС Вере Владимировне Тюкавкиной. Без опытного руководителя ни один проект не был бы осуществлен.
В описании проекта есть такие строчки: «Существенным достижением последних лет являются фотокаталитически активные цементные композиты, в том числе цементы и бетон, приготовленные с использованием наночастиц диоксида титана. Нанодисперсные частицы диоксида титана под действием ультрафиолетового (УФ) излучения способствуют самоочищению материалов за счет разложения органических соединений до углекислого газа и воды».
— То есть, попросту, бетон, который изучают в КНЦ, может почистить себя сам?
— Да, коротко, именно так. Одним из методов повышения эффективности фотокатализаторов на основе диоксида титана является получение смешанных оксидов. Так, модифицирование материалов на основе диоксида титана кремнезёмом увеличивает фотокаталитическую эффективность. Также известно, что ультра- и нанодисперсные добавки на основе кремнезема способствуют повышению прочности, водонепроницаемости, продлевают срок эксплуатации бетона.
Добавленный в бетон титаносиликатный порошок проявляет свою активность под воздействием света: происходит реакция окисления органических веществ. Соответственно, на поверхности бетона, содержащего титаносиликатную добавку, под воздействием солнечного света будет происходить фотокаталитическое окисление органических загрязнителей, а затем смывание остатков реакции и грязи дождем.
Такая технология экономит средства на уборку и мытье фасадов, особенно в больших городах. Также эти добавки помогут очищаться строениям от грибка, бактерий, плесени, а это очень актуально для городов с повышенной влажностью. Автодороги и туннели тоже можно держать в чистоте, но тут необходима ультрафиолетовая подсветка из-за отсутствия дневного света.
— Мы изучаем большое количество добавок для получения композиционных строительных материалов с улучшенными техническими и специальными свойствами, — продолжает Анна. — Например, серию титаносиликатных порошков с различным содержанием синтезированных веществ, с использованием техногенного сырья и отходов производства. Синтетический иванюкит проявил себя как очень эффективный фотокатализатор!
Отходы после отходов
Анна показывает добавку для смесей — нанодисперсные порошки, полученные в других лабораториях ИХТРЭМС по разным технологиям из отвальных шлаков комбината «Печенганикель»; титаносиликатные порошки, являющиеся отходом химической переработки сфенового концентрата; отходы переработки апатито-нефелиновых руд, соляной кислоты. Грубо говоря, химики работают с отходами горнорудного производства, а добавки для бетонов — уже отходы ИХТРЭМС, так сказать, третья ступень. Требуется большая работа и взаимодействие тех, кто производит первоначальные компоненты и тех, кто находит применение отходам.
В целом, общая цель Института химии — сделать так, чтобы отходы горнорудного производства были не только складированы, а переработаны, чтобы эти новые материалы нашли применение не только в теории, но и на практике. Результаты исследований ОТСМ показали, что получение фотокаталитических титаносиликатных добавок из техногенного сырья Кольского полуострова способствует решению вопроса о рациональном природопользовании в регионе, в том числе, в вопросах утилизации промышленных отходов области.
— В последние годы очень актуальны поиски решений экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. Уменьшить концентрацию вредных веществ мы могли бы с помощью использования в строительных материалах фотокатализаторов, титаносиликатных отходов. Наши добавки, к тому же, повышают прочность бетона — с ними можно либо экономить цемент, либо повышать марку бетона. И еще важная часть титаносиликатной добавки — она позволяет набирать бетону марочную прочность уже на начальных сроках твердения, а значит, можно не использовать автоклавную обработку.
Утилизация отходов химической переработки апатит-нефелиновых руд в пользой позволит экономить государству средства на обезвреживание отходов, а также поможет решить вопросы окружающей среды и содействовать созданию малоотходных технологий. Но чтобы запустить все это в производство, нужны большие деньги, а это риск. Лабораторные испытания, а тем более производственные процессы, — это совершенно разные вещи.
Пока без ответов
В 2019 году Анна Цырятьева получила грант «Умник» от Фонда содействия инновациям на двухлетнюю работу по проекту. МРИБИ также проявил интерес, и Анна стала участником нескольких программ — не столько научного, сколько коммерческого характера.
— Бизнес-инкубатор старается заинтересовывать инноваторов: началось развитие наших проектов в части бизнеса, а эксперты Сколково на форсайт-сессиях обсудили их минусы и плюсы. Получилась плодотворная работа, хотя окончательно поставить проект на коммерческие рельсы сложно. «Умник» — это научно-техническая часть проекта, а вот открытие предприятие — совсем другое дело, нужны деньги и время, нужны иные навыки и знания: о составлении договоров, оформлении бумаг, открытии «юрлица». Все это огромная ответственность, — говорит Анна.
Отдельный вопрос — о необходимом оборудовании для инноваторов. Здесь большое значение имеет сотрудничество между институтами, коллегами из разных областей, работа в Центре коллективного пользования, проведение испытаний и анализов на договорной основе.
По проекту Анны Цырятьевой нужно совсем немного приборов, но массу времени занимает определение фотокаталитической активности:
— Мы проводим его с помощью теста на обесцвечивание органических красителей — пипеткой наносим на бетон, например, метиленовый синий, ставим образцы под дневной и ультрафиолетовый источники света, облучаем неделями по восемь часов, имитируя среднюю продолжительность светового дня. Затем фотографируем образцы, фиксируем изменение окраски, в том числе портативным спектрофотометром. Заносим данные в компьютер и в специальных программах определяем, насколько синий цвет обесцветился и сравнялся с цветом бетона — в конце эксперимента он должен совершенно исчезнуть. Эксперименты интересные, но длительные, проведение его и обработка результатов для построения одного графика занимает до трех месяцев.
Возвращаясь к разговору о том, как «продать идею», Анна упоминает очень важный момент не только для производителя, но и для разработчика:
— Мы изучаем мелкозернистые бетоны, добавляя к традиционным компонентам (цементу, песку и воде) наши добавки, меняя их количество и наблюдая результат. Если он удовлетворителен — проверяем образец по ГОСТу на изгиб, сжатие, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость: по множеству параметров. Затем получаем патент, и если кто-то по данной технологии выстроит дом, мы тоже будем нести ответственность за качество этих стен.
Анна Цырятьева говорит, что в России аналогов добавкам, получаемым в ИХТРЭМС, нет, да и за рубежом используют лишь титаносодержащие, а вот титаносиликатные — новшество. Кстати, у Анны и ее руководителя есть еще идеи, например, замена в добавке кремневки другими металлами — тоже очень перспективное направление, новое и актуальное. Они надеются, что разработки не останутся лежать на полке, тем более, что интерес к ним есть:
— Я выступала на конференции в Мурманске, рассказывала о свойствах смеси, а она легка и безопасна, не горюча, переносит любые температуры, ее просто хранить на складах. И сразу после выступления ко мне начали подходить предприниматели, задавать вопросы: сколько стоит добавка, сколько мне нужно денег, чтобы открыть производство, сколько мы готовы поставлять тонн в месяц… Но ответы я и сама хотела бы знать. Мы изучаем материалы, пишем статьи о процессах гидратации цементного камня, разрабатываем технологии продукта. Осталось найти тех, кто внедрит это в жизнь!
