«Наука в Сибири» ДЕЛОВЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ УГЛЕХИМИКОВУглехимия как одна из наиболее важных в практическом отношении химических дисциплин ориентирована на разработку эффективных процессов переработки твердых горючих ископаемых в ценные химические продукты и материалы. Рассмотрим некоторые принципиальные соображения о рыночном варианте развития исследовательской и производственной деятельности в углехимии. Ю. Рокосов, кандидат химических наук, Современную углехимию все еще нельзя отнести к высокотехнологичным отраслям. Она продолжает накапливать данные о происхождении, составе, строении и свойствах твердых горючих ископаемых, необходимые для разработки эффективных процессов и методов их переработки. Наблюдается явный дефицит разработок, достаточно подготовленных в техническом и экономическом отношениях. Однако высокая активность исследователей в области химии ископаемого твердого топлива должна привести к таким разработкам. Организация производств на их основе в странах с развитой рыночной экономикой пойдет через малые высокотехнологичные фирмы, образующие структурную и производственную базу для более крупных предприятий. Можно полагать, что этот путь реализации научных разработок будет иметь место и в углехимической отрасли России. Но в этом случае необходимо наращивать усилия в фундаментальном направлении, понимая, что это основа основ. В сложившихся в России условиях работа академических институтов непосредственно на производственные углехимические организации бесперспективна в стратегическом отношении. Даже те производства, которые имели свои научно-исследовательские лаборатории, вынуждены их сокращать по численности или закрывать. Взаимодействие с ними академических институтов наталкивается на проблемы, связанные, с одной стороны, с отсутствием подготовленных научных разработок, а с другой — с нежеланием финансировать эти разработки на контрактной основе. В то же время сторонники госпланового варианта «устойчивого развития» стремятся через декларируемую кооперацию с заводом (организацию «научно-производственного центра») выпросить у правительства и областной администрации дополнительные дотационные средства для поддержки малоэффективно работающих академических организаций. Одновременно они осуществляют реорганизацию основных научных подразделений, которая проявляется в фактическом сокращении объема и в снижении качества фундаментальных исследований. Между тем, фундаментальные исследования в углехимии нужны рынку, а рынок нужен для привлечения внимания к проблеме, для изыскания средств на ее решение, выбора наилучших вариантов решения и получения положительных результатов, заключающихся в организации высокотехнологичного бизнеса в углехимической отрасли. Особенно актуальна ныне задача организации исследований в области химии гумолитовых углей и получаемых на их основе углеродных материалов. Имеющийся в Институте угля и углехимии СО РАН опыт исследований сапропелитовых углей и получаемых из них продуктов во многом уникален. Этот опыт наводит на мысль о том, что в химии гумолитовых твердых топлив необходимо ставить и решать сходные проблемы фундаментальных исследований. На этот именно путь недавно стали американские ученые. Предложенная ими концепция изучения гумитовых углей совпадает с разработанными нами подходами к исследованию и использованию сапропелитовых углей. Во-первых, предполагается подбор реакций, разрушающих избранные «мостиковые» связи, и тщательное выделение целевых структурных фрагментов. Во-вторых, выделенные структурные фрагменты рассматриваются в качестве реагентов для последующего синтеза ароматических соединений и углеродных материалов с высокими технологическими свойствами. Возможности реализации таких подходов связаны с достижениями инструментальной техники структурного анализа органического вещества углей и компьютерного моделирования его основных структурных элементов. Обоснованные структурные модели позволяют продвигаться к планированию прямых путей конверсии твердых горючих ископаемых в ценные химические продукты. Органическое вещество гумитовых углей с его типичной полициклической ароматической структурой рассматривается как перспективное сырье для будущего производства ароматических мономеров, особенно двух-четырехкольчатых. Ароматические мономеры нужны для растущего рынка полимерных материалов — технических пластиков, полиэфирных волокон, полиимидов и жидкокристаллических полимеров. Некоторые конкретные результаты и достижения лаборатории химии сапропелитовых углей ИУУ СО РАН связаны с получением новой информации о физико-химической природе процессов образования и гидротермального изменения полимерлипидного вещества, составляющего основную органическую массу сапропелитовых горючих ископаемых. Эти результаты важны для разработки новых способов переработки сапропелитовых твердых горючих ископаемых в синтетическое нефтехимическое сырье. Работы в этом направлении стимулируют развитие гидротермальной углехимии, в том числе химии гидротермального разложения сапропелитовых углеродистых пород. Американский исследователь и предприниматель Дж. Сайнор отмечал, что в ближайшей перспективе получение из сапропелитовых горючих сланцев ценных химических продуктов может быть экономически обоснованным, если ориентироваться на небольшое (800 кубометров сланцевого масла в день) производство некоторых продуктов, например битума, карбоновых кислот, парафина, фенолов, креозота, коллидина и пиридина. Из экономических соображений одну часть продукции он предполагает реализовывать на местном рынке, а другую — в пределах США. Первое место по выработке в ряду продуктов, предназначенных к продаже на национальном американском рынке, занимают карбоновые кислоты. Это объясняется тем, что смеси карбоновых кислот находят спрос в силу постоянной потребности в буровых жидкостях для эксплуатации нефтяных скважин, а также применяются в производстве синтетического каучука и пластических масс, эмульгаторов и специальных композиций для пищевой, металлургической, станкостроительной, автотранспортной промышленности. С точки зрения потенциального использования сапропелитовых горючих ископаемых для получения ценных химических продуктов метод гидротермального разложения кажется наиболее обнадёживающим. Незначительное образование высокомолекулярных смолистых продуктов в экспериментах по гидротермальному разложению сапропелитов позволяет отделять неорганическое вещество от органических продуктов в виде порошка. В экологическом отношении замечательно, что основные продукты гидротермального разложения сапропелитовых горючих ископаемых — алифатические карбоновые кислоты, алкилкетоны, алканы и алкилфенолы — относятся к биоразлагаемым соединениям. В перспективе карбоновые кислоты гидротермального разложения сапропелитов могут быть использованы и непосредственно на месте своего образования, in situ, в качестве экстрагентов вредных или ценных химических элементов. Последнее представляется возможным при гидротермальной обработке сапропелитов совместно с рудами или отходами промышленного производства. Суть дальнейших проектов может заключаться в попытках сочетания разработанного нами способа гидротермального разложения сапропелитов с радиационно-химическим воздействием. Такое сочетание гидротермального и радиационного воздействия позволит, по-видимому, проводить процессы гидротермального разложения сапропелитовых углей и сланцев при сравнительно низких температурах и давлениях в отсутствие химических инициаторов и катализаторов. В лаборатории химии сапропелитовых углей ИУУ СО РАН разрабатывалась также проблема, связанная с получением новой информации о физико-химических закономерностях изменения адсорбционных свойств углеродных материалов — продуктов пиролитического превращения ископаемого органического вещества сапропелитовой природы. Из продуктов контролируемого пиролиза углей и нефти, а также ряда органических веществ удалось получить наноструктурированные углеродные материалы, обладающие хорошими адсорбционными свойствами. Предварительные испытания показали, что они способны поглощать метан и очень перспективны как адсорбенты для его хранения и транспортировки. За необычные полезные свойства эти материалы в Институте катализа СО РАН стали именовать кемеритами. В настоящее время накоплен значительный опыт по направленному синтезу и исследованию этих уникальных ультрамикропористых углеродных материалов, обладающих высокой удельной поверхностью — до 3300 м2/г и значительным объемом микропор (пор с размером менее 2 нм) от 1 до 1.6 см3/г. Перспективность таких материалов заключается еще и в возможности стабилизации высокодисперсных частиц платины в их микропорах. Предварительные эксперименты, проведенные коллективом исследователей Института катализа, показали, что на основе кемеритов возможно создание нового поколения наноструктурированных углеродных носителей для получения активных катодных платиновых катализаторов с высокодиспергированными активированными платиновыми частицами. Есть два подхода к использованию в России высоких технологий глубокой переработки углей: один — если они покупаются за рубежом и лишь слегка модифицируются применительно к местным условиям (тогда нам можно ограничиться созданием консалтинговых фирм — для продвижения зарубежных разработок на российский рынок); другой — создание у себя нового опыта путем использования научно-обоснованной стратегии углехимических исследований. Последняя, подобно дорожной карте, будет полезна только в том случае, если мы потратим время и усилия, чтобы действительно последовать ей. Удачная стратегия — это сумма возможностей. И часто единственный способ установить границы возможного — выйти в невозможное. На пределы своих возможностей наталкивается лишь тот, кто верит в существование таких пределов. Правда заключается в следующем: отечественный опыт организации работ в углехимии в состоянии, на наш взгляд, удовлетворить нашу потребность в выработке стратегии «новой углехимии». Эту стратегию надо не только сформулировать — ее надо осуществить. В международном соперничестве по разработке высоких технологий глубокой переработки углей победителем выйдет тот, кто найдет в себе силы и мужество продолжить фундаментальные исследования происхождения, состава, строения и свойств твердых горючих ископаемых. Иначе говоря, основательное изучение углей и разработка эффективных процессов их переработки идут рука об руку. Стратегия углехимических исследований, которую мы должны взять на вооружение, не только поможет не проиграть, но приведет к победе — над конкурентами, в деле, в жизни. Хотелось бы, чтобы такая стратегия была выработана и принята нашим научным сообществом уже в текущем году. г. Кемерово стр. 6 |