«Человек – это большая мембрана»

Беседа с Алексеем Владимировичем Волковым, заместителем директора Института нефтехимического синтеза РАН по науке, доктором химических наук.

– Алексей Владимирович, одно из приоритетных направлений вашей деятельности – это мембраны и мембранные технологии по разделению газов и жидкостей. Что это такое?

– Если говорить просто, мы стараемся повторить природу, потому что человек сам по себе является большой мембраной. Это, например, наши почки, легкие, клеточная мембрана. И в этом смысле мы стараемся создать некое природоподобие, когда искусственная мембрана задерживает некоторые компоненты, а чистая вода проходит через мембрану.

– Как вы это делаете, какие у вас имеются технологии?

– Для создания мембран мы используем полимеры – длинноцепочные макромолекулы, которые стараемся организовать таким образом, чтобы получить тонкую пленку с порами определенного размера. Такая мембрана работает как сито, только на молекулярном уровне. Еще одним подходом к созданию мембран является использование специальных материалов, которые хорошо сорбирует определенные молекулы, преимущественно проходящие через мембрану. Это позволяет решить задачи выделения углеводородов, таких как пропан или бутан, из природного газа.

Еще одной актуальной проблемой является выделение гелия из природного газа, так как запрещено транспортировать природный газ, когда концентрация гелия там выше определенной величины. Это важная задача Сибири, когда есть необходимость выделить гелий для дальнейшей транспортировки природного газ, например, в Китай.

– Почему нельзя транспортировать газ с высокой концентрацией гелия?

– Из-за того, что гелий является ценным стратегическим компонентом, который используется в медицине и в других областях. У нас на законодательном уровне запрещена транспортировка газа с концентрацией гелия выше определенного уровня.

– Технологии, о которых вы говорите, уже применяются?

– Это очень востребованные технологии. Сегодня в мире процесс получения пресной воды из морской осуществляется за счет мембранного разделения. Если раньше использовали дистилляцию, ионный обмен, то сейчас мембраны – это основной подход. То же самое относится и к газоразделению. Имеется в виду компактные устройства. Естественно, разделение газа на промышленных масштабах производится и с помощью криогенных подходов, но мембранные подходы применяются всё чаще.

– Почему? Чем этот метод лучше?

– Как я уже говорил, мы пытаемся повторить природу, и для данных методов разделения нам не нужно ни охлаждать исходную смесь, ни ее нагревать – у нас отсутствует фазовый переход. Такая компактность с комбинацией по энергоэффективности позволяет замещать уже существующие подходы, как например, дистилляция или кристаллизация.

– Наши отечественные мембраны чем-то отличаются от импортных аналогов?

– Да, отличаются. В каждом институте, в каждой стране есть собственные подходы. У нас в стране существует ряд производств по мембранам – это, в первую очередь, город Владимир, компания «РМ-Нанотех». Мы с ними сотрудничаем, например, исследуем пористую структуру их фильтрационных мембран.

– В чем же ваше ноу-хау?

– Мы разрабатываем новые материалы, которые обеспечивают большую селективность разделения, когда один компонент удаляется лучше или быстрее, чем второй. Одна из последних наших разработок – гребнеобразные полиметилсилоксаны, для синтеза которых в качестве исходного сырья выступают отходы производства, а также терминальные олефины и диены. Этот новый подход позволяет снизить стоимость мембранных материалов.

– Какие у вас перспективы, идеи на будущее?

– Конечно, они есть. Как говорится, плох тот солдат, который не мечтает стать генералом. В этом смысле мы напрямую работаем с нашими мембранными компаниями и с технологическими вузами, такими как РХТУ (Москва) и НГТУ (Нижний Новгород). Но это начало пути. Дальше нужно создавать модули и запустить технологические процессы. Поэтому мы надеемся, что разработанные нами наноматериалы будут выпускаться на наших, уже российских производствах, и мы сможем предложить что-то действительно конкурентное для отечественной промышленности. Также мы ориентируемся на экспорт.

– Как выглядит эта мембрана? Что это такое?

– Есть два типа мембран – плоские и половолоконные. Чтобы лучше представить себе половолоконные – вспомните тоненькую спагетти с отверстием внутри. Через это отверстие и проходят все наши компоненты.

– Как коктейльная трубочка?

– Трубочка, именно. Но трубочка, через которую вы пьете сок, имеет гладкую поверхность, а в нашем случае мембрана имеет пористые стенки. Когда вы пьете, то жидкость проходит через такую «трубочку», а чистая вода – через пористые стенки. Такой подход используется для портативных устройств очистки воды, когда вы можете взять воду из лужи или болота, и с помощью этого фильтра в полевых условиях получать чистую от бактерий и вирусов воду.

Второй тип мембран – плоские, на вид как лист бумаги формата А4. Это тонкий лист, через который одни молекулы проходят, а другие задерживаются на поверхности листа. По сути, это бумажный фильтр, только более пористый, чем обычная бумага.

– Насколько экологически безвреден процесс производства таких мембран?

– Как и в любом производстве, здесь всегда используются растворители и химические реагенты. Сейчас в Европе идет большое количество исследований по замещению традиционных растворителей, таких как толуол или гексан, на «зеленые» растворители. С одной стороны, это позволяет снизить экологическую нагрузку при производстве, с другой стороны, резко усложняет процесс получения мембран.

– И удорожает.

– И удорожает. Но сейчас мы работаем в другом направлении, когда вместо синтетических полимеров, таких как полисульфон или полиакрилонитрил, используем природные полимеры и, в первую очередь, целлюлозу. Такие мембраны, допустим, могут быть использованы для разделения неводных сред, в которых данный природный материал устойчив. По окончании его эксплуатации модуль может быть легко утилизирован естественным путем, так как природа его сама переработает. Это  экологично и совершенно безопасно.

– Это тоже ваше ноу-хау – использовать целлюлозу?

– Целлюлоза и другие биополимеры исследовались уже давно, но сейчас с учетом экологических аспектов мы переживаем эпоху их возрождения, ренессанс. Это большая проблема – утилизация мембраны модулей после использования, потому что срок жизни одной мембраны – от одного года до нескольких лет. Нужно думать, что делать с этими модулями. Одним из подходов может являться обработка мембраны в модуле таким образом, чтобы снять засорившийся верхний слой, что позволят получить практически новый фильтр, но с большими порами. Таким образом, мы всё время ищем новые подходы, чтобы дать вторую жизнь модулю и не навредить природе.

– Если я правильно вас поняла, человечество учится жить без отходов, при этом не вредя самому себе.

– Отчасти это так. Почему отчасти? Потому что мы стараемся разработать мембраны, которые могли бы эффективно очищать воздух или сточные и технические воды. Но ведь те объемы, которые требуют очистки, определяются, в первую очередь нашими поведенческими привычками, потребительским отношением к окружающему нас пространству и природе. Бесспорно, мембраны помогают как-то решить эту проблему, но, естественно, многое все же зависит от нас самих.

– Слышала, что за эти разработки вы получили премию Правительства для молодых ученых.

– Да, мы совместно с моим коллегой Ильей Борисовым получили Премию Правительства Москвы за разработку новых материалов и мембран для выделения органических компонентов и нефтепродуктов из газовых сред, из воздуха и из сточных вод. Для чего это может быть использовано? Например, для улавливания паров бензина на АЗС или для очистки стоков, то есть, это те же самые актуальные аспекты улучшения экологического уровня в Москве. Надеемся, в скором времени мы попробуем запустить эти мембраны, по крайней мере, в пилотное производство у нас в институте.

– Это конкретная перспектива или пока мечты?

– Я совмещаю в ИНХС РАН должность заместителя директора и заведующего лабораторией, поэтому своим коллегам и соратникам всегда ставлю вопрос: а что останется после нас? Хотелось бы, чтобы наука чем-то смогла послужить для всех. Надеюсь, мы это достигнем.

– Знаю, вы работаете не только со студентами, но и со школьниками. Расскажите об этом, пожалуйста.

– Это для нас новое, но я думаю, не менее важное направление. Мы стараемся привлечь талантливую молодежь, начиная со школы. В этой связи в прошлом году мы проводили школьную конференцию, а также различные экспериментальные работы с этими ребятами. Школьники сами работали руками, делали, в том числе, и мембраны. Одно дело – увидеть эту мембрану, а другое дело – когда она получается у тебя самого. На них это производит огромное впечатление, и надо видеть их радостные и вдохновленные лица! Мы много вкладываем сил и времени в молодежь, и в студентов, и в школьников, из-за того, что понимаем: только получив одобрение с их стороны, мы сможем рассчитывать на какое-то будущее. Сегодня каждый молодой человек голосует руками и ногами. То есть, они стремятся идти туда, где дело движется, где им дается возможность реализоваться, что-то сделать самому. Люди сейчас амбициозные, умеющие видеть и ценить перспективы, и мы даем им эту свободу и эти возможности.