«Путь через „долину смерти“ — это факт, с которым приходится мириться, и эту „долину“ нам необходимо преодолевать как можно быстрее»

[Naked Science]: Артем, расскажите, пожалуйста, о направлениях ваших исследований. Что в этой работе самое интересное?

[Артем Атласкин]: По сути, в рамках университета сейчас создается небольшой консорциум для разработки новых подходов к тем процессам, в которых мембраны еще не применялись, но могут применяться.

Важно сказать о том, что развитие мембранных технологий в России началось именно в стенах Менделеевского университета. Многие годы работает кафедра мембранной технологии РХТУ, которую возглавляет профессор Георгий Гайкович Каграманов. Это полноценная научная школа, и нашей новой лаборатории здесь не принадлежит пальма первенства. Планируется, что лаборатория smart-полимерных материалов и технологий будет проводить комплексные исследования в коллаборации с кафедрой.

Мы разрабатываем полимеры, которые можно использовать в качестве газоразделительных материалов, работаем над запуском производства полых волокон, создаем энергоэффективные технологические решения для широкого спектра задач разделения, удаления и улавливания газов из различных сред. А также разрабатываем средства и создаем аналитическое оформление для входного-выходного контроля производства материалов и проведения газоразделительных процессов.

Наша область исследования связана с мембранными материалами и технологическими решениями на их основе для разделения газовых сред. Вообще, газоразделение — это типичный процесс в химической технологии. Мембранное разделение газов появилось как альтернатива энергоемким дистилляционным и абсорбционным методам. Оно реализуется в объеме одного массообменного аппарата, не требует подведения или отведения тепла в разделительном элементе и проводится без фазовых переходов, что снижает себестоимость самого процесса.

Такой подход представлялся перспективным еще на заре создания этого направления, и уже доказаны его высокие энергоэффективность и конкурентоспособность.

[NS]: Над какой конкретной задачей работаете прямо сейчас? Что получится, когда она будет решена?

[АС]: У нас в работе одновременно несколько проектов, связанных с мембранным газоразделением. В том числе это проект РНФ, направленный на получение эффективных, то есть реальных, газотранспортных характеристик мембранных материалов.

Еще одна задача связана с разработкой технологической схемы для улавливания диоксида углерода из дымовых газов ТЭЦ. Проекты связаны между собой: для расчета технологической схемы необходимо оперировать реальными характеристиками мембран. Когда эти задачи будут решены, будет сформирована база данных эффективных характеристик различных мембран, причем упор делается на коммерчески доступные материалы. В части разработки технологии улавливания СО₂ будет создан лабораторной прототип такой системы.

В рамках гранта РНФ я руковожу проектом, который тесно связан с работой по программе «Приоритет-2030». При поддержке фонда была разработана уникальная для России экспериментальная установка, позволяющая определять эффективные газотранспортные характеристики мембран.

Обычно при моделировании новых технологических схем используются идеальные характеристики, которые не позволяют провести полную и адекватную оценку. Наша установка позволяет избегать таких ошибок моделирования.

В рамках работ по программе «Приоритет-2030» наша команда разрабатывает технологическое решение для улавливания диоксида углерода из дымовых газов ТЭЦ. В этих газовых потоках содержится большое количество углекислого газа, который необходимо улавливать как для улучшения экологической ситуации, так и для получения коммерческого продукта. При разработке технологического решения используются эффективные газотранспортные характеристики, полученные на экспериментальной установке.

Еще один наш проект в рамках гранта РНФ направлен на разработку принципиально новых материалов — мембранно-каталитических систем. Такие материалы совмещают в себе как каталитические свойства (увеличивают степень конверсии при химической реакции), так и разделительные характеристики, позволяя сразу, всего за одну стадию, получать в виде единого потока концентрат получаемого продукта. Мембранно-каталитические системы позволяют перерабатывать диоксид углерода в циклические карбонаты — ценные органические продукты с высокой добавленной стоимостью.

[NS]: На каком этапе проекта вы находитесь сейчас? 

[АС]: В проекте по программе «Приоритет-2030» мы стояли перед выбором концепции, необходимо было определить наиболее перспективные технологические решения. В этом нам очень помог качественный литературный обзор, мы смогли сравнить нашу разработку (мембранный каскад типа «Непрерывная мембранная колонна») с предложенными ранее вариантами компоновки разделительного устройства. Оказалось, наше решение выигрывает по показателям энергоэффективности, что приводит к снижению стоимости получаемого продукта — диоксида углерода.

Мы приобрели коммерчески доступные мембранные материалы: в этом контексте нас интересовало именно функционирование технологического решения, а не характеристики материала. Мы создали экспериментальный образец мембранного каскада в лабораторном масштабе, чтобы верифицировать результаты, полученные во время математического моделирования технологической схемы.

Установка, которую мы разработали и создали в рамках гранта РНФ, сейчас способна определять весь спектр газоразделительных характеристик материалов. В поточном режиме проводятся исследования коммерчески доступных мембранных материалов: плоских полимерных пленок и полых волокон.

[NS]: В пути от лабораторного успеха до реального производства крайне важно преодолеть «долину смерти». Вы уже представляете, как будет проходить этот сложный путь ваши разработки? На какие успешные примеры ориентируетесь, какие ставите задачи на ближайшую и дальнюю перспективу?

[АС]: «Долина смерти» — это факт, с которым приходится мириться, и эту «долину» нам необходимо преодолевать как можно быстрее. Трансфер от лабораторного образца к пилотному или даже промышленному требует существенных инвестиций. И сегодня российский химпром заинтересован в разработке аналогов существующих решений и принципиально новых технологий.

Мы ожидаем пересмотра инвестиционной политики крупных предприятий, которые должны вкладываться в перспективные разработки.

«Долиной смерти» инвесторы и предприниматели называют неокупаемый период жизни любого стартапа, в том числе высокотехнологичного, когда первые вложения уже сделаны, продукт запущен, но прибыли еще нет, а операционные затраты превышают возможности.

[NS]: Кто сможет работать в лаборатории, будет ли у студентов доступ к современному оборудованию? Какие возможности открываются для молодых исследователей?

[АС]: Лаборатория оснащена парком современного аналитического оборудования, к которому относятся масс-спектрометрический анализатор газов, позволяющий определять концентрации компонентов вплоть до ppb (одна частица на миллиард), два хроматографа (один укомплектован детекторами теплопроводности с повышенной чувствительностью, другой — импульсным гелий-разрядным ионизационным детектором для анализа высокочистых газов и определения малых концентраций примесей).

Также совсем недавно в лаборатории установили уникальный для университета прибор — реометрический комплекс, чья главная особенность — его модульность. Потенциально он может решать весь спектр реологических задач. Сегодня мы можем проводить на нем исследования материалов, находящихся под давлением газа до 200 бар в широком диапазоне температур.

Политика нашей лаборатории — активное привлечение молодежи. Студентам, работающим у нас, будет предоставлен доступ ко всему оборудованию, в том числе аналитическому. Поначалу это будет под присмотром старших коллег, а в дальнейшем для самых перспективных студентов станем проводить глубокое обучение. Они вырастут в высококлассных операторов аналитического комплекса, у них будет сформировано понимание всех возможностей оборудования для решения задач нашей лаборатории.

[NS]: Каковы реальные перспективы научных коллабораций с коллегами в стране и за рубежом, взаимодействия с индустриальными партнерами? Насколько осложнилась работа в области международного сотрудничества в последнее время?

[АС]: Конечно, у всех российских лабораторий возникли сложности с приобретением западного оборудования. Осложнилось и взаимодействие с нашими европейскими коллегами, ряд совместных программ закрыт. При этом мы продолжаем общаться с коллегами и друзьями на конференциях.

Что касается работы внутри страны и взаимодействия с индустрией, то сейчас настал тот момент, когда в отсутствие западных технологий партнеры заинтересованы в создании отечественных импортозамещающих решений. Мы прорабатываем большое количество запросов от российских производителей.

Есть пример удачно реализованного совместного проекта: мы разработали аналитическое устройство для контроля качества топлива, позволяющее детектировать механические примеси и воду. Выполняется проект по разработке устройства для селективного улавливания ксенона; поступают запросы на разработку методик анализа высокочистых газов. Также индустрия проявляет интерес к разработке способов улавливания и переработки диоксида углерода в продукты с высокой добавочной стоимостью.

[NS]: Скажите, а как вы стали исследователем? Что сегодня вдохновляет, придает сил в работе?

[АС]: В науку я попал совершенно неожиданно. Когда заканчивал обучение по программе бакалавриата, встал вопрос определения научного руководителя дипломной работы. Так я попал к Илье Воротынцеву (исполняющий обязанности ректора РХТУ. — Прим. ред.), он предложил после диплома остаться работать в лаборатории.

Все лето я провел в лаборатории мембранно-каталитических процессов, занимался измерением газотранспортных характеристик мембран. Затем пошел в магистратуру, где моим дипломным проектом было создание более продвинутой установки для таких измерений.

Далее — аспирантура: там я познакомился с различным аналитическим оборудованием. Занимался исследованиями, сопряженными с разработкой интересных инжиниринговых решений для получения высокочистых газов. Результаты легли в основу моей диссертации. Когда появилась перспектива открытия новой лаборатории в РХТУ имени Д. И. Менделеева, я согласился, не раздумывая.

С самого детства у меня был сильный интерес к технике, устройствам и инженерным решениям. Мне казалось, что внутри приборов происходит какая-то магия. По мере знакомства с различным оборудованием появлялось понимание, как именно все работает на самом деле. Так я загорелся разработкой новых устройств для решения задач химической технологии, аналитических задач. Большое количество приборов, технологий, необходимых для работы сложных технических устройств, очень вдохновляет.

[NS]: Если можно, расскажите чуть подробнее об интересе к технике и устройствам. Был ли такой опыт, чтобы нужно было какой-то прибор доработать, может быть, самостоятельно что-то собрать под конкретную задачу?

[АС]: Доработка существующего, создание нового или комбинирование различных приборов — для нашей команды это вообще стандартный путь реализации практически любого проекта. Довольно часто приходится «потрошить» контрольно-измерительные приборы, чтобы получить доступ к чувствительному элементу — сенсору.

Всегда есть стремление к автоматизации процессов, чтобы облегчить рутинный сбор данных. Сейчас, например, мы работаем над проектированием специальной измерительной ячейки высокого давления с целью ввода газа или смеси газов непосредственно в жидкость, а не давить на нее сверху. Такая доработка необходима для повышения эффективности процесса абсорбции в жидкой исследуемой среде.

[NS]: Кем видите себя через пять или десять лет? Чем вы в этом будущем занимаетесь?

[АС]: В обозримой перспективе планирую защитить докторскую диссертацию и, конечно же, развивать темы, над которыми работаю сейчас. Идеальным стечением обстоятельств стало бы привлечение инвестиций для внедрения наших разработок в промышленность.

Нужно отметить, что интерес индустрии к нашей работе однозначно возрос: появляются программы поддержки исследований в университетах с непосредственным участием индустриальных партнеров, с использованием их площадок для натурных испытаний.

*В РХТУ имени Д. И. Менделеева планируют открыть лабораторию smart-полимерных материалов и технологий, в которой будут решать самые разные задачи мембранного газоразделения. Это наиболее энергоэффективный из существующих сегодня подходов к улавливанию газов, перспективность и конкурентоспособность которого подтверждена исследованиями.