На черговому засіданні Президії Національної академії наук України з науковими повідомленнями виступили молоді вчені НАН. Вони — лауреати парламентських, президентських і академічних премій, іменні стипендіати — вже мають вагомі наукові результати, монографії, статті у провідних вітчизняних та закордонних виданнях, виконують гранти, беруть участь у багатьох цікавих проєктах.
Старша наукова співробітниця Інституту фізичної хімії ім. Л.В. Писаржевського НАН України, кандидатка хімічних наук Ольга Ларіна виступила з науковим повідомленням «Дизайн новітніх поліфункціональних каталізаторів для процесів отримання стратегічно важливих органічних продуктів з відновлюваної сировини».
Полімери й компоненти палив — з біоспиртів
За її словами, такі стратегічні продукти як, наприклад, 2-етилгексанол, необхідні для виробництва пластифікаторів, розчинників, добавок до дизельного пального, екологічно безпечних мийних засобів, а бутадієн та ізомери бутену — для виробництва гуми, еластомерів і полімерних смол, головна сфера застосування яких — автомобільна промисловість. Окрім того, як зауважує науковиця, бутадієн є сировиною подвійного призначення, зокрема ключовим компонентом пального для ракет та аерокосмічної техніки є високоенергетичні композиції, які виробляються шляхом полімеризації бутадієну.
На жаль, в Україні немає виробництва бутадієну, ізомерів бутенів, а також 2-етилгексанолу. Разом з тим, як розповіла Ольга Ларіна, в останні два десятиліття у світі сформувався такий напрямок як перетворення біоспиртів (тобто відновлювальної сировини) з одержанням цих промислово важливих продуктів. Наприклад, відомий французький виробник шин Michelin разом з науковими установами IFPEN та Axens цьогоріч розпочали промислове виробництво біобутадієну з біоетанолу.
— Україна має сировинну базу для виробництва біоетанолу — це цукрові буряки, фуражне зерно, кукурудза, меляса, — зауважила Ольга Ларіна. — А також — відповідні виробничі потужності: станом на 2022-й — близько 380 тисяч тонн на рік. Також на потужностях виробництва біоетанолу можна виробляти й інші біоспирти, як-от бутан-1-ол та ізобутанол.
Отже, завдання, яке поставила перед собою команда, до котрої належить і Ольга Ларіна, — створення ефективних каталізаторів для перетворення біоспиртів з одержанням промислово важливих полімерів та компонентів палив. Для досягнення цієї мети вчені дослідили низку каталізаторів.
Якщо йдеться про отримання бутадієну, то, як розповіла науковиця, високу продуктивність показали цинко- та магнієвмісні системи. Щодо цеолітних каталізаторів, то використання цеолітних систем, зокрема ВЕА, дає змогу спрямовано регулювати функціональні властивості таких каталізаторів ще на етапі синтезу. «Так, ми створили каталізатор, який містить у своєму складі мідь, тантал і деалюмінований цеоліт BEA, — розповіла Ольга Ларіна. — Це дозволило досягти селективності за бутадієном до 73 % при виході близько 64 %.
Також ми провели дослідження щодо впливу силікатного носія у складі каталізаторів Zn-La-Zr-Si та змогли підвищити продуктивність каталізатора за бутадієном саме при перетворенні 80 % етанолу до 0,32 г на 1 г каталізатора за годину».
Також науковці Інституту фізичної хімії розробили каталізатор (оксидну систему, що містить у своєму складі цинк, лантан, цирконій, кремній), який забезпечує перетворення 80-відсоткового етанолу в бутадієн. За словами Ольги Ларіної, ця система забезпечує перетворення до 0,71 г бутадієну на грам каталізатора за годину, що на дату публікації є найвищим результатом серед аналогів.
— Щодо одержання 2-етилгексан-1-олу, то саме ми вперше показали можливість перебігу процесу його перетворення з бутанолу на магній-алюміній-оксидних системах, — продовжила науковиця. — Це підтвердило можливість послідовного перетворення біоетанолу в бутанол і далі у 2-етилгексан-1-ол в одному реакторі, на одних каталізаторах у проточному режимі за атмосферного тиску. Було розроблено серію каталітичних систем, які забезпечують високу селективність і продуктивність за цільовим продуктом.
Щодо одержання лінійних ізомерів бутенів, то науковці інституту провели дослідження кислотно-основних властивостей таких систем і їхній вплив на каталітичні властивості під час цього процесу. «Ми показали, що саме в присутності каталізатора, який містить у своєму складі сильні кислотні центри, можна досягти більшої селективності саме за лінійними бутенами, — розповіла Ольга Ларіна. — Ми з’ясували шлях досягнення такої селективності й розробили каталізатори, які дають змогу перетворити ізобутанол у лінійні ізомери бутену з селективністю до 77 %, що на рівні світових аналогів.
Для розуміння фізичних явищ і квантових обчислень
Провідний науковий співробітник Національного наукового центру «Харківський фізико-технічний інститут» доктор фізико-математичних наук Андрій Сотніков представив наукове повідомлення «Холодні гази нейтральних атомів у лазерних полях — новітні системи для квантових обчислень, розуміння та передбачень унікальних фізичних явищ».
Науковець зауважив, що характерні температури бозе-айнштайнівських конденсатів або квантових газів дуже близькі до абсолютного нуля, тобто до -273°C, а якщо використовувати шкалу Кельвіна, то йдеться про мікро-, нано- або пікокельвіни.
Чому ці системи настільки важливі? Як зауважив Андрій Сотніков, за таких температур можна виміряти хвильові властивості матерії, дослідити квантові ефекти на макроскопічному рівні. Для цього і використовують такі макроскопічні об’єкти, як бозе-айнштайнівські конденсати або гази холодних атомів з Фермі-статистикою тощо.
Один з напрямів досліджень харківських науковців — взаємодія світла з бозе-конденсатами атомів за наднизьких температур. За словами Андрія Сотнікова, закордонні вчені змогли досягнути швидкості світла в бозе-конденсаті — 17 м/с, а це фактично нижче, аніж швидкість велосипедиста на велотреці. Хоча за звичайних умов швидкість світла найвища у нашому Всесвіті (це є фундаментальним обмеженням). «В експериментах використовувались два лазерних поля, — додає науковець. — Спеціально індукувалась так звана прозорість системи, і за рахунок високих значень дисперсії, тобто залежності показника заломлення речовини від частоти випромінювання, досягалось сильне уповільнення світла». А харківські науковці додатково дослідили уповільнення мікрохвиль, сильну залежність швидкості електромагнітного сигналу від магнітних полів, а також можливість фільтрування електромагнітних сигналів. «Все це важливо з огляду на побудову нових оптичних пристроїв, оптичних ліній затримки, пристроїв когерентної оптичної пам’яті, надчутливих детекторів тощо», — наголошує вчений.
«Ми вперше показали можливість конденсації спін-триплетних-екситонів, тобто зв’язаних станів з ненульовим спіном, — продовжив науковець. — Це важливо для створення дуже стабільних магнітних пристроїв, які не будуть чутливими до флуктуації зовнішніх магнітних полів. Цей ефект також можна використовувати в пристроях зберігання інформації».
Ще одним важливим напрямом досліджень науковців інституту, за словами Андрія Сотнікова, є побудова так званих оптичних ґраток, що можна використовувати в обчислювальній фізиці, зокрема будувати універсальні квантові симулятори й у такий спосіб моделювати поведінку надскладних квантових систем, де є багато ступенів вільності. «Фактично на класичних комп’ютерах ми не можемо обрахувати важливі характеристики (наприклад, параметр спарювання) з достатньою точністю, — додає науковець. — А завдяки таким дослідженням ми можемо далі просунутись у питанні, наприклад, побудови надпровідників за кімнатних температур».
За словами Андрія Сотнікова, науковці використовують системи з холодних атомів з додатковими ступенями вільності. «Якщо в атома є замкнена електронна оболонка, то можна обирати проєкції магнітного моменту і реалізовувати дуже екзотичні системи, зокрема багатоколірні квантові суміші, що є фактично аналогом кварк-глюонної плазми, — пояснює науковець. — Це дає можливість реалізовувати в лабораторії системи, які властиві раннім етапам утворення Всесвіту».
Ще один напрям досліджень харківських науковців, про який розповів Андрій Сотніков, — розвиток підходів тензорних мереж. «Це важливий напрям з огляду на розвиток квантових комп’ютерів, — зауважив промовець. — Внаслідок конкуренції між провідними гравцями — Intel, IBM, Google тощо — набувають подальшого розвитку і теоретичні підходи, і квантові комп’ютери поліпшуються як технологія».
Відлуння війни: що пропонують юристи?
Старший науковий співробітник Інституту економіко-правових досліджень імені В.К. Мамутова НАН України кандидат юридичних наук Олександр Трегуб представив наукове повідомлення «Поводження з відходами від руйнувань, що утворюються внаслідок воєнних дій: проблеми правового забезпечення».
Як констатував доповідач, сьогодні дуже важко говорити про більш-менш точну кількість відходів від руйнувань. Міндовкілля та Мінінфраструктури наприкінці 2023-го — початку 2024 року озвучували абсолютно різні цифри — від 223 тисяч тонн до аж 10–12 млн тонн. Як пояснили в Міндовкіллі, цифри у 10–12 млн тонн охоплюють увесь орієнтований обсяг утворених відходів від руйнувань, зокрема і на окупованих територіях. «Окрім того, облік відходів від руйнувань у багатьох громадах взагалі не здійснюється, а в інших громадах — здійснюється у тоннах або ж у кубічних метрах, що відповідно ускладнює розрахунок точної кількості відходів», — додав Олександр Трегуб. За його словами, відходи від руйнувань іноді уподібнюють до відходів будівництва та знесення, але це не зовсім правильний підхід, бо у складі перших трапляються такі нехарактерні для будівельних відходів компоненти, як змішані побутові відходи, електричне обладнання, медичні та фармацевтичні відходи, боєприпаси тощо. «А це, відповідно, обумовлює необхідність розроблення спеціальних економічних, правових, організаційно-технічних та інших заходів, спрямованих на забезпечення екологічно безпечного та ресурсоефективного поводження саме з відходами від руйнувань», — констатує науковець.
Загалом, недоліки правового регулювання у сфері поводження з відходами від руйнувань Олександр Трегуб поділив на три основні групи. Перша зумовлюється слабким впливом нового рамкового закону «Про управління відходами» на відповідну сферу, у ньому взагалі відсутні спеціальні норми щодо відходів від руйнувань, а регулювання фактично винесено на підзаконний рівень.
Другу групу недоліків, за словами доповідача, уособлюють розбіжності між підходами Закону України «Про управління відходами» та Порядку поводження з відходами від руйнувань. Так, нова термінологія та інструменти права Європейського Союзу, зокрема так звана ієрархія управління відходами, у Порядку не враховується. Третю групу недоліків складають порушення принципу правової визначеності, неврахування змін у суміжних правових сферах тощо. «Наприклад, Порядок передбачає повторне використання будівельних компонентів, що містять азбест, хоча новий закон про систему громадського здоров’я прямо це забороняє», — зауважив Олександр Трегуб.
У попередніх дослідженнях вдалось обґрунтувати окремі пропозиції щодо вдосконалення правового регулювання у цій сфері. «У законі «Про управління відходами» пропонується закріпити вимоги щодо розміщення місць тимчасового зберігання відходів від руйнувань, винятки з правил про отримання дозвільних документів, особливості поводження з небезпечними компонентами, а також повноваження органів місцевого самоврядування щодо організації управління цим потоком відходів», — каже молодий науковець.
Також пропонується лише часткове виключення діяльності у сфері поводження з відходами від руйнувань зі сфери оцінювання впливу на довкілля, адже чинне законодавство встановлює повне виключення. Олександр Трегуб вважає, що звільнення зі сфери оцінювання впливу на довкілля є абсолютно недоцільним щодо об’єктів оброблення небезпечних відходів, а також об’єктів оброблення інших відходів потужністю 100 тонн на добу чи більше — зважаючи на високі екологічні ризики такої діяльності.
Попередні дослідження дали змогу сформувати певне підґрунтя для глибшого наукового пошуку шляхів і засобів розв’язання проблем правового забезпечення поводження з відходами від руйнувань.
На думку Олександра Трегуба, надалі потрібно сконцентруватись на виконанні таких основних завдань: по-перше — оцінити ефективність правового регулювання у цій сфері на національному рівні; по-друге — визначити можливість і доцільність імплементації в Україні закордонних підходів; по-третє — конкретизувати напрями та обґрунтувати пропозиції з удосконалення правового регулювання у цій сфері.
Щодо основних напрямів подальших досліджень, то, на думку науковця, до них доцільно віднести уточнення переліку та змісту операції поводження з відходами від руйнувань, удосконалення порядку виявлення та обліку цих відходів, посилення вимог до поводження з небезпечними компонентами в їхньому складі, стимулювання діяльності з перероблення та використання їхнього сировинного потенціалу, а також — урахування специфіки таких відходів у державному плануванні на різних рівнях, зокрема регіональному та місцевому.
Підготував Дмитро ШУЛІКІН
На фото: Ольга ЛАРІНА, Андрій СОТНІКОВ, Олександр ТРЕГУБ
Читайте також: