Қолданбалы ғылымды өндіріске бағыттау қазіргі кезде отандық ғалымдар алдында тұрған келелі мәселе. Бүгінде көптеген ғылыми орталық өндіріске лайықты инновациялық жобаларға мән беріп отыр. Сондай ғылыми орталықтардың бірі – Ядролық физика институты.
Аталған институт базасында PhD Шыңғыс Дауылбаевтың жетекшілігімен Жеңісбек Құспанов, Мұхтар Елеуов, Арман Өмірзақов, Әлішер Әбдісатар, Әйгерім Серік сынды жас ғалымдар тобы күн сәулесі энергиясы көмегімен суды ыдырату арқылы экологиялық таза сутегін өндіретін жаңа фотокатализаторларды алу бағытында зерттеулер жүргізеді. Ғылыми топтың алға қойған мақсаты – фотокатализатор негізінде сутегін үлкен мөлшерде тиімді өндіретін панельдер жасап шығару.
Сутегінің болашақта адамзат үшін таза және тұрақты энергия көзіне айналу мүмкіндігі бар. Өйткені ол өзінің химиялық энергиясын пайдалы электр және жылу энергиясына айналдыру үдерісінде көмірқышқыл газы сияқты зиянды заттарды шығармайды. Дегенмен қазіргі таңда сутегін негізгі энергия көзі ретінде пайдалануға байланысты кейбір қиындықтар да бар.
Негізгі қиындықтың бірі – сутегін өндіру әдістерінің экономикалық тиімсіздігі және оның қоршаған ортаға зияндығы. Қазіргі уақытта сутегінің көп бөлігі қазба отын болып саналатын табиғи газдан өндіріледі (метан). Метанның бу риформингі (Steam Methane Reforming) деп аталатын бұл жоғары температурада жүретін үдеріс ауаға көмірқышқыл газын бөледі. Бұл сутегі өндірудің ең кең тараған әдісі. Ол әлемдік сутегі өндірісінің шамамен 95 пайызын құрайды. Қазіргі таңда сутегін лас жолмен өндірудің осындай ескірген әдістерінен басқа, сутегін өндірудің таза балама жолдары бар. Экологиялық таза жолмен өндірілген сутегін көбіне «жасыл сутегі» (green hydrogen) деп атаймыз. Жасыл сутегін өндірудің болашағы бар тиімді әдістерінің бірі – фотокаталитикалық әдіс.
Фотокаталитикалық әдісте сутегі өндірісі су молекулаларын сутегі мен оттегіге ажырату үшін күн сәулесін пайдалануды қамтиды. Бұл үдеріс судың фотокаталитикалық ыдырауы деп те аталады. Ол жарық энергиясын сіңіру және су молекулаларын ыдырататын химиялық реакцияларды бастау үшін фотокатализаторды пайдаланады.
Фотокаталитикалық сутегі өндірісінің артықшылықтарының бірі – бұл көміртегі газдарын шығармайтын таза және жаңартылатын әдіс. Сондай-ақ негізгі шикізат ретінде суды пайдаланады, ол жер бетінде мол әрі қолжетімді. Дегенмен бұл әдісті кеңінен қолдану үшін фотокаталитикалық сутегі өндірісінің кейбір қиындықтары бар. Негізгі мәселенің бірі – фотокаталикаторлар тиімділігінің төмендігі. Сол үшін әлемде көптеген ғылыми-зерттеу топтары фотокатализатордың тиімділігін жақсарту бағытында жұмыс жүргізіп келеді. Осы ретте PhD Шыңғыс Дауылбаев жетекшілік ететін ғылыми-зерттеу тобының жұмысын ерекше атап өтуге болады.
– Фотокаталитикалық реакциялар табиғатта өте кең таралған. Табиғи фотокатализдің ең жарқын мысалы – фотосинтез. Металдардың тотығу, тотықсыздану, полимерлену, гидрлену және дегидрлену, жауын-шашынның әртүрлі реакцияларын жеделдететін фотокатализ химия өндірісінде кеңінен қолданылады. Күн сәулесі әсерінен судың фотокаталикалық ыдырауы – ғаламдық қалыптасқан энергетикалық және экологиялық мәселелерді шешумен қатар, ауқымды өндірісте пайдаланудың тиімді әрі экономикалық шығыны аз сутегі өндірісін алуға мүмкіндік береді. Осылайша, әртүрлі композиттік құрылымдар негізінде жаңа фотокаталитикалық жүйелерді зерттеп табу, күн энергиясын түрлендіру тиімділігін айтарлықтай жақсартуға жол ашады және жасыл сутегі өндірудің тиімділігін арттырады, – дейді Шыңғыс Дауылбаев.
Қ.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу институтының «Материалтану және жаңа материалдар технологиясы» мамандығының докторанты Жеңісбек Құспановтың айтуынша, соңғы онжылдықта фотокатализге негізделген өндірістің технологиялық және экономикалық маңыздылығы айтарлықтай өсті. Аталған өндіріс тиімділігінің артуын нанотехнологиядағы жетістіктермен байланыстыруға болды.
– Қазіргі күні титан диоксиді негізінде жасалған фотокатализаторлар қоршаған ортаға және энергетикалық өндірістерге, соның ішінде ауа мен суды тазартуға, тұманға қарсы, беткі қабаттарды өздігінен тазартуға, бактерия мен микробқа қарсы және күн энергиясының әсерінен сутегі өндіруде кеңінен қолданылады. Фотокатализатор бактерия жасушаларын өлтіріп қана қоймай, жасушаның өзін де ыдыратады. Титан диоксиді негізінде жасалған фотокатализаторлар кез келген басқа бактерияға қарсы агенттерге қарағанда тиімдірек екені анықталды. Жалпы айтқанда, титан оксидімен дезинфекция хлорға қарағанда үш есе және озонға қарағанда 1,5 есе күшті. Титан оксидтерінің фотокаталитикалық реактивтілігін темекі түтіні сияқты ауадағы ластанған қосылыстарды, сондай-ақ әртүрлі құрылыс материалдарынан түзілетін ұшпа қосылыстарды азайту немесе жою үшін қолдануға болады, – дейді Жеңісбек Құспанов.
Күннің ультракүлгін сәулелері мен фотокатализаторларды қолдану арқылы таза және зиянсыз суды бөліп алуға болады. Ғалымдар атап өткендей, қазіргі кезде әлемде металл иондарын, асыл металдарды, қоспаларды бейметалдармен және басқа материалдармен біріктіру үшін қолданылатын титан диоксиді негізіндегі фотокатализатордың тиімділігін арттыру мақсатында әртүрлі зерттеулер жүргізіліп жатыр. Бірақ әлі күнге дейін фотокатализаторды зертханалық ортадан басқа, ауқымды өндірісте пайдаланудың тиімді жолы анықталмаған.
АЛМАТЫ