Хрупкая девушка в белом халате достаёт из шкафа бутылочку с нефтью и наливает её в ёмкость с водой. «Чёрное золото» быстро покрывает поверхность. В условиях университетской лаборатории это эксперимент. В реальном мире – экологическая катастрофа. Чтобы этого не допустить, учёные Мордовского государственного университета и разработали плавучий нефтесорбент. 

«Мы видим, что у нас нефть «поползла», – комментирует свои действия инженер лаборатории «Молекулярных и безметальных электрокатализаторов для водородной энергетики» МГУ им. Н.П. Огарёва Ангелина Юдина, – примерно такая же картина, только в гигантских масштабах, в море, океане или в реке. Загрязнение очень сильно распространяется. Что мы делаем? Мы просто берём наш продукт и посыпаем нефтяное пятно». При этих словах девушка берёт несколько щепоток пушистого вещества, нефтесорбента на основе аэрогеля, и покрывает им лабораторное загрязнение. Под белыми хлопьями плохо видно, что происходит с нефтяным пятном. Но инженер университетской лаборатории Ангелина Юдина берёт в руки обычное ситечко, вроде тех, которые хозяйки используют на кухне. Этим простейшим инструментом девушка начинает собирать сорбент, который уже впитал в себя нефть. В ёмкости остаётся лишь чистая вода. 

«Помните, в начале нашего эксперимента нефть «расползлась»? – спрашивает Ангелина Юдина. – Прошло меньше минуты времени, и мы просто тихонечко всё собрали. Нефть у нас «связалась», и мы её просто извлекли». 

Работа по созданию инновационного сорбента ведётся в МГУ им. Н.П. Огарёва уже несколько лет. В 2022 году ученые вуза создали экологичный сорбент для подгузников на основе тех же эфиров целлюлозы, что и новая разработка. По словам специалистов, сорбент экологичен, поэтому его можно использовать в качестве наполнителя для детских подгузников. 

«Аэрогель обладает массой уникальных свойств. Мы сконцентрировались на таких свойствах аэрогеля, как сорбционная способность. Его можно модифицировать под разные цели и задачи, – объяснил заведующий кафедрой неорганической и аналитической химии МГУ им. Н.П. Огарёва Александр Долганов. – В зависимости от того, что будем сорбировать – нефть или воду – и, таким образом, мы получаем уникальные сорбенты, которые по ряду характеристик превосходят имеющиеся – как зарубежные, так и отечественные аналоги». 

О том, что разработанный в мордовском вузе нефтесорбент действительно дешевле, говорит и Ангелина Юдина: 

«Наш сорбент не только дешевле. Он по характеристикам превосходит аналоги. Так как он убирает разлив нефти за очень короткое время – время варьируется от 10 до 30 секунд. Также сорбент впитывает большое количество нефти из-за своих пор. 1 грамм сорбента может убрать 30 грамм нефти. Если учитывать эти характеристики, наш сорбент выходит дешевле. Сорбент с нефтью можно отжать, а восстановленную нефть отдать заказчику. То есть нефть не теряется, её можно дальше использовать. Сам сорбент без нефти так же можно будет использовать. Это, грубо говоря, как губка, которая впитала в себя грязь, а потом её просто отжали, и она снова готова к работе. Единственный момент – наша «губка» в процессе впитывания превращается в аэрогель, его нужно просто высушить и всё. Это высокопористое соединение, которое не оседает – его нужно будет просто собрать». 

 

Вообще, тема очистки воды от нефтяных выбросов многие десятилетия будоражит умы учёных. Ведь каждый такой выброс – экологическая катастрофа для флоры и фауны. Вот и бьются учёные многих стран над решением этой задачи. В России похожие разработки есть и в других вузах.  В Кемерове, например, студенты и профессоры Кузбасского государственного технического университета представили свою разработку – магнитный сорбент для сбора нефти с воды. В отличие от того, что придумали в Саранске, кемеровчане свой сорбент делают из биологически активного ила и собирают его магнитами. Выглядит это так: небольшие комочки специального ила плавают в воде, цепляют на себя все загрязнения. После этого покорно тянутся в нужную сторону за магнитом. Вот такая на первый взгляд простая, но вместе с тем эффективная технология.    

«Собираем не механически, как это делается катамаранами, например. А собираем это с помощью кораблей с электромагнитами. То есть магнит опускают, сорбент наносят на разлив. После этого его собирают и переносят на корабль – нет необходимости каких-то механических приборов», – рассказывает руководитель проекта сорбентов Кузбасского государственного технического университета им. Т.Ф. Горбачева Елена Ушакова.  

Способ, предложенный учёными Кузбасса, может в чём-то и проще, но разработка мордовских инженеров – экономичнее, потому что полностью основана на принципе импортозамещения, говорят учёные. 

 

Если вернуться в МГУ им. Огарёва на год назад, в август 2022, когда вуз презентовал свою разработку сорбента для подгузников, то всё становится понятно: уже тогда в лабораториях университета научились делать сырьё для дальнейших разработок – аэрогель по уникальной методике, заменяющей импортные аналоги.  

«По структуре аэрогели представляют собой древовидную сеть из объединённых в кластеры наночастиц размером 2-5 нанометров и пор размерами до 100 нанометров, – объяснял региональный представитель НОЦ мирового уровня «Инженерия будущего» в Мордовии Александр Долганов. – В нашей лаборатории разработана уникальная методика их получения без использования дорогостоящих и продолжительных во времени технологий — сверхкритическая сушка, изготовление геля и т. д. Всего за 2,5 часа (вместо 20−40 часов) мы получаем сам аэрогель, и столько же времени требуется для производства продуктов его модификации, притом модификацию можно проводить как поверхностную, так и по всему объёму аэрогеля. Таким образом, зная требования к суперабсорбенту, мы разработали подход и получили материал с требуемыми характеристиками. Предлагаемый сорбент имеет развитую, контролируемую пористую структуру, что позволяет собирать за короткое время большое количество жидкости. При этом сорбент не превращается в гель, как аналоги, а происходит его набухание с сохранением первоначальной твердой формы. Сорбент за счёт большого количества открытых пор эффективно удерживает в себе воду даже при физических воздействиях — нажиме, скручивании и т.д. Благодаря уникальным свойствам при нахождении в природе сорбент способен к самостоятельному разложению. Продукты разложения абсолютно безвредны и представляют собой воду и углекислый газ». 

По сравнению даже с отечественными аналогами, материал исследователей МГУ им. Н.П. Огарёва обладает и другими конкурентными характеристиками: он экологичен, быстро впитывает различные загрязнения (от 10 до 30 секунд), способен удерживать влагу под нагрузками. Это всё при простом составе. Изобретение запатентовано в качестве материала нефтехимического синтеза. Но благодаря своим свойствам может легко использоваться и в областях, далёких от нефтяной промышленности: в сельском хозяйстве, ландшафтном дизайне, садоводстве. Например, он может запасать большие объёмы воды и высвобождать её при необходимости. Вот вам и поддержание оптимальной влажности почвы. 

 

В этом году Ангелина Юдина и те, кто работает над сорбентами вместе с ней, открыли своё предприятие при поддержке стартап-студии «Огарёв». Теперь у молодых учёных есть свой бизнес «Нефтесорбент». Сейчас они расширяют лабораторный проект до настоящего производства – готовятся изготавливать промышленные партии сорбентов. 

«Мы панируем масштабировать производство. Для изготовления больших объёмов сорбента. Или также мы их будем перемалывать в стружку, или отправлять заказчику большие пласты – это пока всё решается», – рассказывает Ангелина Юдина, инженер лаборатории «Молекулярных и безметальных электрокатализаторов для водородной энергетики» МГУ им. Н.П. Огарёва.

На вопрос, почему Ангелина выбрала именно это направление для своих исследований, девушка ответила: «Меня всегда очень волновали экологические проблемы, которые связаны с разливом нефти в морях, океанах. Я видела статистики ущерба и предприятиям, и экологии. Это по-настоящему страшные цифры. Поэтому и возникла идея создать сорбент на основе эфира целлюлозы, который позволит устранить эту проблему».

 

Крупные разливы нефти, действительно, приносят гигантский ущерб. Ниже несколько примеров, и это только за последние годы: 

• Перу. На нефтеперерабатывающем заводе произошла утечка более 6 тысяч баррелей нефти из-за попавших в танкер волн после извержения вулкана. Площадь разлива нефти составила примерно 18 тысяч квадратных метров.

• Нигерия. На нефтедобывающем судне произошёл взрыв и начался пожар, которые не могли потушить более суток.

• Россия. В Республике Коми из-за проблем на трубопроводе на Южно-Ошском нефтяном месторождении часть нефтепродуктов попала в реку Колва. Жителям рекомендовано не брать речную воду для бытовых и технических целей.

Остаётся только надеяться, что разработка мордовских учёных позволит устранять последствия подобных аварий оперативно.