В заседании в очном и онлайн-формате приняли участие более 50 специалистов актуальной отрасли мембранной науки и технологии.
На заседании обсуждались ключевые проблемы, связанные с развитием и использованием мембранных технологий в нашей стране. Были заслушаны сообщения ведущих экспертов в данной области науки и отмечен большой вклад В.И. Ролдугина в развитие мембранной науки.
В ПОВЕСТКУ ЗАСЕДАНИЯ ВОШЛИ:
1. Доклад академика РАН А.Б. Ярославцева (ИОНХ РАН, НИИУ ВШЭ)
«Мембранные технологии в современной индустрии»
В докладе представлен обзор современного уровня науки о мембранах и состояния мембранных технологий в России и мире. Подчеркнута важность мембранных технологий в развитии высокотехнологичных секторов экономики. Проведен сравнительный анализ уровня развития мембранных технологий в России и за рубежом. Обозначены лидирующие позиции Китая, представлены современные и конкурентоспособные отечественные предприятия, основная деятельность которых связана с мембранами. Отмечена тенденция к росту числа работ по созданию принципиально новых мембран в лабораториях. Представлен обзор последних достижений отечественной мембранной науки в области разделения газов, в частности – извлечения CO2 из биогаза; использования мембранных технологий в решении задач водоочистки и концентрирования, в электрохимическом синтезе, сенсорике, а также альтернативной энергетике. Особое внимание обращено на роль мембранных процессов в развитии водородной энергетики, отмечен высокий, мировой уровень работ ИФХЭ РАН по этому направлению. Детально рассмотрены вопросы создания и перспективы использования топливных элементов и металл-ионных аккумуляторов на основе отечественных гибридных материалов – полимерных мембран с наноразмерными модификаторами. Обращено внимание на преимущества электродиализа – востребованного в мире процесса производства электроэнергии, который в России пока не используется. Представлены примеры отечественных разработок, превосходящих по ключевым характеристикам зарубежных мембраны, используемые для осуществления этого и других процессов.
В дискуссии с академиком РАН А.Б. Ярославцевым (ИОНХ РАН, НИИУ ВШЭ) принял участие д.х.н. А.В. Волков (ИНХС РАН) с вопросом о разведке скопления водорода в окрестности ядра Земли. На вопрос А.В. Волкова академик А.Б. Ярославцев ответил: «Сейчас такую добычу едва ли стоит рассматривать как серьезное заявление».
Д.х.н., профессор РАН М.А. Калинина и академик РАН А.Б. Ярославцев обсудили вопрос о целесообразности для Российской Федерации быть экспортером водорода и перспективах развития водородной энергетики в России.
«В дискуссии отмечено, что государственная программа развития водородной энергетики в последние годы существенно трансформировалась, сейчас она не сводится только к получению водорода, но и предполагает использование его в топливных элементах, что является критически важным для развития водородной энергетики. Особое внимание обращено на то, что для перехода на водородную энергетику кроме создания топливных элементов необходимо наличие соответствующей инфраструктуры и развитие всей отрасли в целом. Отмечена заинтересованность в таком развитии со стороны многих предприятий, в том числе «Росатома», «Газпрома», «Норникеля» и «КАМАЗа». Выражена уверенность, что путем совместных усилий научных организаций и представителей отрасли удастся достичь успехов в создании полноценной водородной энергетики в России», — подвела итог профессор М.А. Калинина.
«В настоящее время отечественные мембраны несколько уступают зарубежным аналогам. Вместе с тем, российские коллеги, ведущие исследования в этом направлении, работают именно с отечественными мембранами и уже достигли существенных успехов. Выражена надежда, что новые быстро развивающиеся предприятия в скором времени внесут существенный вклад в создание конкуренции импортным ионообменным мембранам», — ответил академик А.Б. Ярославцев на вопрос о соотношении отечественных и импортных ионообменных мембран для систем водоочистки д.ф.-м.н. А.М. Емельяненко .
На вопрос В.Е. Гутермана о существовании в России промышленного производства протонообменных типа Нафион и возможности их приобретения академик А.Б. Ярославцев ответил: «Сейчас нет, но скоро будет. Кроме того, у «Пластполимера» пока еще можно купить мембраны из старых запасов».
2. Доклад д.ф.-м.н. А.Н. Филиппова (РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина)
«Проблемы описания неравновесного переноса через пористые структуры (мембраны)»
В докладе обсуждались вопросы моделирования процессов переноса через мембраны. Рассмотрен эффект асимметрии мембран. Отмечено, что большинство биологических и искусственных мембран являются асимметричными, и правильное описание процесса переноса через них является важной задачей. В рамках термодинамики неравновесных процессов доказана целесообразность применения ячеечного метода к характеризации гетерогенных и гомогенных мембранных материалов и, следовательно, к возможности их правильного выбора и модификации для использования в электромембранных устройствах, таких как топливные элементы, мембранные переключатели и датчики. Отмечена ячеечная (гетерогенная) модель заряженной мембраны, достоинство которой заключается в довольно простом переходе от пористого слоя к единичной ячейке, для которой и решается задача; модель содержит всего 6 параметров вместо 9 коэффициентов, которые необходимо рассчитать. Показано, что в случае ячеечной модели мембраны принцип взаимности Онзагера нарушается. Отмечено, что принцип Онзагера строго выполняется только для систем с нулевыми обобщенными потоками при ненулевых обобщенных силах. Показано, что сопряженные перекрестные коэффициенты могут отличаться не только количественно, но и качественно. Высказано предположение, что принцип взаимности будет выполняться при невысоких значениях обобщенных термодинамических потоков. Обозначены сохраняющиеся в настоящее время проблемы описания неравновесных процессов переноса через пористые структуры, среди которых необходимость в самосогласованных моделях для газоразделения, необходимость учета неизотермичности и сложной гидрофильно-гидрофобной природы мембраны в будущих моделях.
3. Доклад д.ф.-м.н. профессора РАН В.А. Кирша (ИФХЭ РАН)
«Фильтрация субмикронных аэрозолей»
Доклад посвящен вопросам высокоэффективного улавливания субмикронных аэрозолей фильтрующими материалами из ультратонких волокон. Обсуждались требования к фильтрам для достижения высокой степени очистки воздуха от взвешенных мельчайших частиц. В докладе отмечены успехи отечественной аэрозольной школы в разработке методов расчета эффективности фильтров с одновременным учетом всех возможных механизмов улавливания частиц, что необходимо для изготовления и применения фильтров. Рассмотрены методы совершенствования фильтрующих материалов и методы оптимизации многоступенчатых фильтрующих систем. Сформулированы общие направления и конкретные задачи дальнейших фундаментальных исследований в области тонкого пылеулавливания, обозначены ключевые проблемы технологии производства современных высокоэффективных фильтров. Отмечено, что общая площадь «чистых комнат» высокого класса чистоты является частью национального достояния. В современных условиях «чистые комнаты» – основа технологического суверенитета.
В дискуссии о параметрах, от которых зависит коэффициент захвата частиц волокном д.ф.-м.н., профессор РАН В.А. Кирш сказал: «Эти параметры задаются, их можно измерить, либо взять «вилку» значений. Для измерения размеров частиц требуются дорогостоящие лазерные счетчики». На вопрос А.Н. Филиппова о НЕРА-фильтрах, выпускаемых западными компаниями: «Опираются ли компании на научные результаты своих ученых или это чисто эмпирический результат» В.А. Кирш ответил: «Есть мнение, что в странах Запада практика опережает теорию, а в РФ еще сохранилась научная база, но нет производства».
Дискуссия д.х.н., профессора РАН М.А. Калининой, академика РАН А.Б. Ярославцева и д.ф.-м.н., профессора РАН В.А. Кирша о существовании запроса со стороны производителей отечественной микроэлектроники на создание отечественного производства высокоэффективных стекловолокнистых аэрозольных фильтров для решения вопросов тонкой фильтрации вылилась в высказанное предложение об инициировании такого запроса со стороны Научного совета.
На вопрос к.ф.-м.н. С.Г. Лакеева о состоянии созданной проф. Н.А. Фуксом научной аэрозольной школы и о принципиальных отличиях в эффективности фильтрации фильтров из полимерных материалов и стекловолокна д.ф.-м.н. В.А. Кирш ответил: «В настоящее время этим направлением занимается несколько специалистов, отличия есть. В отношении разработок ультратонких волокон можно сказать следующее. В 1950-е годы группа И.В. Петрянова-Соколова получала истинные стекловолокнистые фильтры, но те фильтры не нашли своего применения, поскольку пористый слой из нановолокон был непрочным, а плотный слой имел очень высокое сопротивление потоку. Говоря о полимерных волокнах, полученных методом электроспининга, важно обратить внимание на то, что высокая эффективность этих фильтров во многом обеспечивается за счет электростатических зарядов, а заряды могут стекать со временем: если для изготовления респираторов это приемлемо, то для решения долгосрочных задач мировой опыт указывает на использование стекловолокнистых HEPA-фильтров. Такие фильтры имеют высокую эффективность благодаря не только наличию ультратонких волокон, но и однородной структуре».
4. Доклад д.х.н. Н.А. Кононенко (Кубанский государственный университет)
«Получение, модифицирование и исследование ионообменных мембран»
В докладе обсуждались вопросы создания новых ионообменных материалов для успешной реализации электромембранных процессов. Представлен ассортимент коммерческих ионообменных мембран, отмечены отечественные продукты МК-40 и МА-41 производства «Щекиноазот», а также МФ-4СК производства «Пластполимер». Рассмотрены подходы к модифицированию мембран как одного из наиболее доступных путей расширения ассортимента и улучшения свойств мембранных материалов. Отмечено, что успешная разработка новых мембран и их модифицирование невозможны без понимания взаимосвязи структура-свойство. Дан обзор методов исследования ионообменных материалов.
5. Сообщение к.х.н. И. Н. Сенчихина (ИФХЭ РАН)
«Об учреждении ежегодного Ролдугинского семинара, проводимого под эгидой Научного совета РАН по физической химии»
Сообщалось, что предлагается учредить под эгидой Научного совета ежегодный Ролдугинский семинар «Неравновесные процессы в современных технологиях» и проводить его в день рождения выдающегося российского физикохимика, доктора физико-математических наук, профессора В. И. Ролдугина – 18 января (с переносом на один день, если дата попадает на выходной день). Проведение этого мероприятия будет включено в календарный план работы Научного совета. Отмечена междисциплинарность семинара и широких круг его тематик. Выражена уверенность в том, что результаты работы семинара будут востребованы для развития существующих и создания новых технологий, внесут существенный вклад в достижение технологического суверенитета страны.
Материал подготовлен:
Калинина Мария / Ученый секретарь Научного совета РАН по физической химии, доктор химических наук, профессор РАН; Кулькова Татьяна / Администратор сайта ИФХЭ РАН