Профессор РАН Оксана Таран: современная химия на высоком берегу Енисея

Чем уникален Институт химии и химической технологии СО РАН в Красноярске? Какие химические технологии там развиваются? Какую пользу они могут принести людям? Почему образование не менее важно, чем производство? Об этом рассказывает директор института профессор РАН Оксана Павловна Таран.

― Оксана Павловна, чем ваш институт живет и дышит, какие самые интересные и перспективные разработки сейчас вас занимают?

― Институт создавался 41 год назад для развития природных ресурсов Восточной Сибири. Это руды разных металлов, лесные ресурсы, ресурсы бурого угля. Некоторые еще помнят, что в школе по экономической географии изучали КАТЭК (Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс с огромными запасами бурого угля). В этих направлениях мы и движемся, подключая новые возможности, новые современные физико-химические методы исследования.

Научные направления института в настоящее время такие: «Физико-химические основы новых экологически безопасных металлургических и химико-технологических процессов комплексного извлечения целевых продуктов из поликомпонентного сырья» и «Физико-химические основы процессов глубокой переработки природного органического сырья, включая растительную биомассу и бурые угли».

Институт работает по проектам государственного задания, Российского научного фонда, Красноярского краевого фонда науки, некоторых других фондов, по хозяйственным договорам с предприятиями. Проекты госзадания примерно совпадают с научными направлениями, включая изучение механизмов разрабатываемых процессов и дизайн новых материалов из природного сырья и поликомпонентных отходов.

За последние пять лет мы существенно увеличили количество внебюджетного финансирования, чуть меньше чем в четыре раза, как за счет проектов Российского научного фонда, так и за счет хоздоговорных работ. Например, последние три года мы изучали вместе с другими 15 институтами Сибирского отделения РАН разлив дизтоплива в Норильске в 2020 г. В этом году эта работа завершилась, мы дали конечный отчет вместе с геологами и биологами.

― Что же выяснилось?

― Не так оказался страшен черт, как его малевали. Топливо было легким арктическим дизелем, который достаточно легко биодеградирует.

Работаем и по другим направлениям. В прошлом году у нас начался проект по переработке рассолов попутных вод из нефтяных скважин. Технологию разрабатывали уже несколько десятков лет мои коллеги под руководством заместителя директора ИХХТ СО РАН по научной работе доктора наук Владимира Ивановича Кузьмина. И только сейчас появилась компания, которая хочет вкладывать деньги в эту технологию. Это Иркутская нефтяная компания. Хотя другие нефтяники тоже интересовались, но дальше разговоров дело не шло. В.И. Кузьмин сейчас заканчивает первый этап проекта и в ближайшие дни поедет в Иркутскую область запускать опытную установку.

Накоплен богатый опыт по технологиям переработки угля. На какое-то время эта работа в институте прекращалась, но к нам в прошлом году обратились с Кузбасса: там работает проект КНТП (комплексная научно-техническая программа) «Чистый уголь ― зеленый Кузбасс». Коллеги из КузГТУ обратились с некоторыми проблемами по переработке угля. Подготовительный этап был в прошлом году, сейчас делаем технологию и в следующем году, очевидно, начнем ее внедрение.

― Почему они обратились к вам?

― Углехимия в Кузбассе развивалась и развивается, но, к сожалению, квалифицированных ученых сейчас у нас очень мало, особенно в регионах. В Москве, Санкт-Петербурге, Новосибирске, может быть, в Казани их достаточно, но в регионах существует кадровый голод. Поэтому предприятия часто обращаются к нам, возникают вопросы доведения исследований до технологий, а химиков-технологов крайне мало. Все-таки химическая технология ― это дорогостоящее мероприятие, новые химические технологии ― это не компьютерные технологии. Чтобы сделать новую химическую технологию, нужны десятки и сотни миллионов, если не миллиарды рублей, чтобы довести ее до конца. Новые технологии разрабатывают химики, процессы в рамках технологии изучают физхимики, аналитические методики ставят аналитики, конечный проект делают химики-технологи. Сейчас в регионах, в том числе и в Кузбассе, не хватает рук и голов указанных специалистов.

― Что это за технология по переработке угля?

― Это технология удаления альфа-фазы из угольного пека. Она важна для производства электродов алюминиевой промышленности.

Другой пример практически значимой работы: в прошлом году мы закончили проект с ООО «СВЕЗА-Лес» ― это крупнейший производитель березовой фанеры в России. Проект был по разработке материалов, которые могут заменить пробку из пробкового дуба.

― А для чего нужны пробковые материалы, кроме пробок для бутылок?

― Это плитные материалы. Среди современных стройматериалов для напольных покрытий, стеновых панелей сейчас применяются плиты из пробки. Это прекрасный шумо-, звуко- и теплоизолятор. Мы проделали эту работу, у заказчика был большой интерес. Коллеги из научно-технического отдела «СВЕЗА-Лес», бывшие ученые из Санкт-Петербургского университета, также заинтересованы в извлечении биологически активных материалов из березовой коры для производства лекарств и БАД.

― О каких лекарствах идет речь?

― В березовой коре есть биологически активное вещество ― тритерпеновый спирт, бетулин, придающий коре белый цвет. Сейчас набирает обороты разработка методов его извлечения и использования. Наверняка вы слышали рекламу дигидрокверцетина ― биологически активного вещества на основе лиственницы сибирской. Он обладает комплексным действием, в том числе укрепляет сосудистую стенку, обнаруживает онкопротекторную активность и др. Наше вещество обладает более высокой активностью. Только дигидрокверцетин извлекают из лиственницы, а бетулин ― из березы. Эти работы ведутся в институте давно, был даже продан патент фармацевтической фирме на выделение бетулина из коры березы. Но, оказывается, фармацевтическая фирма купила его только для того, чтобы положить под сукно.

― Зачем им это?

― Чтобы не конкурировали с дигидрокверцетином, который они выпускают. Однако у бетулина имеется недостаток: он плохо растворим в воде. Для того чтобы его биологическая активность раскрылась, нужно делать растворимые производные. Это решаемая проблема. Мы сейчас ищем партнеров для финансирования этой работы. Например, заключаем предварительное соглашение с биохимическим холдингом «Оргхим»: у этой компании есть предприятия в Нижегородской области. Есть предприятие в Лесосибирске Красноярского края ― это бывший Лесосибирский канифольно-экстракционный завод, который сейчас практически стоит.

Древесина состоит из трех основных компонентов: целлюлозы (полисахарид ― полимер глюкозы), гемицеллюлоз (полимеры других сахаров) и лигнина (ароматический полимер, состоящий из метоксифенилпропаноидов). Мы начинаем с ними работать по созданию комплексной технологии переработки отходов древесины в микрокристаллическую целлюлозу, в нанокристаллическую целлюлозу и чтобы из лигнина получать добавки к резинам, к шинным изделиям и другие продукты. Из гемицеллюлоз ― другие вещества, в том числе и биологически активные пищевые волокна. В общем, из отходов древесины можно получить огромный спектр веществ, как сейчас получают из нефти, но, наверное, даже шире.

― Наверное, важно, что это именно отходы?

― Да. В ХХ в. химики создавали комплексную нефтепереработку, и до сих пор идет развитие этой отрасли ― refinery по-английски. А XXI в., наверное, будет посвящен комплексной переработке отходов древесины и сельхозотходов. Уже придумали этому производству название: biоrefinery. В отличие от традиционной целлюлозно-бумажной промышленности, которая выпускает достаточно узкий спектр продукции и получает крупнотоннажные отходы, biorefinery должно выпускать широкий спектр продукции, включая тепло и энергию, как сейчас получают из нефтепродуктов. Тогда комплексная переработка растительного сырья может быть конкурентоспособной.

― Какие именно отходы смогут составить здесь основу для конкурентной отрасли?

― Древесина, солома, отходы производства льна, конопли, шелуха семечек, кочерыжки кукурузы, пальмовых орехов, так называемые energy crops ― «быстрорастущие растения». Все это называется лигноцеллюлозной биомассой. Целлюлозно-бумажная промышленность занимается извлечением целлюлозы, гемицеллюлозы, а лигнин идет в отходы, либо его сжигают, а целлюлозы в древесине только до 45%. Гидролизная промышленность, которая была в СССР, тоже оставляла лигнин в отходах. Но целлюлоза и гемицеллюлоза перерабатывались. Однако biorefinery должно еще извлекать биологически активные вещества и получать из них то, что нам необходимо, в том числе лекарства и БАД. Но нужно вложить большой труд, чтобы эти технологии доработать до конца. Пока biorefinery ― развивающееся направление. Накапливаются знания, основы технологии, чтобы создать такое будущее. Однако альтернативы нет, потому что растения ― это единственное возобновляемое углеродсодержащее сырье, которое никогда не кончится, а получается это сырье из парниковых газов (диоксида углерода и воды), то есть не вносит негативный вклад в изменение климата.

― Есть ли у вас разработки, которые уже удалось довести до практического применения?

― До практического применения, надеюсь, «СВЕЗА-Лес» доведет разработку, о которой я уже говорила. Они будут выпускать панели из коры березы, в том числе для шумо-, звуко- и теплоизоляции.

В институте есть группы, которые работают с различными предприятиями, горно-химическими, перерабатывающими руду и получающими исходные продукты из сырья. В частности, в прошлом году был заключен договор с горно-металлургическим предприятием «Казцинк» из Казахстана. Есть договоры с горно-химическим комбинатом в Красноярске. А иногда предприятия обращаются к нам за улучшением технологий.

― Оксана Павловна, успеваете ли вы сами заниматься наукой или все время съедает администрирование?

― К сожалению, все меньше удается заниматься наукой. Много времени занимает даже не администрирование, а мелочная опека сверху, заполнение бесконечных форм, которые идут в никуда. Мы не видим отдачи от заполнения этих форм. До сих пор происходит укрупнение институтов Красноярского научного центра в единую организацию, и с этим тоже по-прежнему есть проблемы. У директоров обособленных подразделений, которые на самом деле представляют собой крупные самодостаточные институты, остается все меньше и меньше собственных возможностей и полномочий, и все больше они «заорганизовываются» управленческими структурами ФИЦ «Красноярский научный центр».

― Проблемы ясны. Но давайте про науку. Наверняка у вас остались любимые темы?

― Конечно. Одно из направлений ― это переработка отходов древесины, в том числе каталитическими методами. Тот же проект со «СВЕЗА-Лес» курировала лично я. Проект, который мы сейчас разрабатываем с холдингом «Оргхим», возможно, тоже буду курировать я. Придя в этот институт в Красноярске, я принесла сюда направление из новосибирского Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН ― это каталитическое фракционирование древесины или лигноцеллюлозной биомассы. Используются катализаторы, растворитель ― этанол в смеси с водой, так называемый зеленый растворитель, один из наиболее безопасных. Мы варим опилки или какие-то отходы, например, льна в этаноле с катализатором, и это позволяет нам получать в одну стадию из опилок целлюлозный продукт с высоким содержанием целлюлозы, практически микрокристаллическую целлюлозу. Из гемицеллюлоз мы получаем гликоли, в основном этиленгликоль, который может быть отделен, может быть в смеси с другими гликолями использован в производстве, например, омывателя стекол для автомобилей. Так называемую лигниновую нефть, или бионефть, мы получаем из лигнина с выходом мономеров (монолигнолов) около 60%. Она может пойти в дальнейшую химическую переработку, либо отдельные ее компоненты могут быть самостоятельно использованы как синтоны для получения биологически активных и лекарственных веществ с разной активностью.

― Расскажите про планы, про перспективные направления института.

― Сейчас крайне важное направление — по редкоземельным металлам. Институт занимался им всю свою историю, но сейчас оно становится все более перспективным. Мы надеемся, что оно будет развиваться. Другое направление ― переработка попутных нефтяных рассолов, которое сейчас разрабатываем совместно с Иркутской нефтяной компанией. У института есть наработки в этом направлении, в частности технология извлечения лития.

С моим приходом в институт с группой электрохимии мы начали заниматься фотоэлектрокатализом для перспективной водородной энергетики. Мы надеемся, что фотоэлектрокатализ будет востребован еще и для очистки сточных вод.

Считаю, что мы должны подключаться к работам на ЦКП «СКИФ». У нас есть группа, которая работала на различных ускорителях в Европе, на синхротронах. Думаю, мы должны развивать эту работу, более плотно работать в этом направлении, чтобы, когда машина будет построена, уметь полностью использовать ее возможности для решения наших задач.

― Одно из основных ваших направлений ― образование, подготовка кадров?

― Да, это очень важно. У нас были созданы несколько базовых кафедр ― в Сибирском федеральном университете, в Сибирском государственном университете науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева. Сотрудники Института химии и химической технологии СО РАН преподают и в названных университетах, а также в Аграрном и Медицинском государственных университетах, потому что, повторюсь, квалифицированных химиков у нас не хватает. Я заведую кафедрой органической и аналитической химии в СФУ, мы сотрудничаем с кафедрой физической химии того же университета и с Институтом нефти и газа СФУ. Все это дает большое развитие как университетам, так и академическому институту. Когда ребята говорят, что им там мало платят за преподавательскую работу, всего примерно 3 тыс. рублей в месяц за десятую долю ставки, я отвечаю: «Зато у тебя есть масса возможностей! Во-первых, ты научишься выступать публично. Во-вторых, подыщешь себе сотрудника. В-третьих, ты сможешь использовать и ресурсы университета. И сам поймешь наконец предмет, когда будешь объяснять его другим!»

― В общем, вы ищете аргументы, как их удержать в науке. Оксана Павловна, у каждого института есть свой знак отличия от всех остальных, какой-то бренд. Чем ваш институт не похож на все остальные институты? Чем уникален?

― Направления, о которых я сказала, не имеют аналогов. Наверное, ни один институт не только в Сибирском отделении, но и в Российской академии наук не обладает таким количеством компетенций в переработке как природного минерального сырья, так и органического. А вообще наш институт находится на высоком берегу Енисея. Это место так и называется: Красивый берег. Я думаю, что ни один институт не расположен в таком красивом месте. Наши пейзажи вдохновляют местных художников на написание картин. Мы дарим эти картины своим коллегам на юбилейные мероприятия. Приезжайте! Вы обязательно полюбите наш институт и вообще Красноярск.

Фото Валентина Боровкова