Передний край

Исследования с целью разработки электрохимических устройств на основе ТОТЭ и ТОЭ начались в институте еще в 1960-е гг. Именно здесь был создан первый в Европе стек киловат-тного класса, он успешно прошел испытания, но не был доведен до промышленного образца из-за наступившего кризиса. Возобновились работы только в 2008 г. во многом благодаря сотрудничеству с крупнейшим индустриальным партнером — ГК «Росатом», а также совместным работам с ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», и теперь выходят на новый уровень.

Электрохимические устройства на ТОТЭ и ТОЭ, преобразующие химическую энергию топлива непосредственно в электричество и обратно, имеют много преимуществ. Благодаря высокой рабочей температуре их эффективность максимальна по сравнению с любыми прочими источниками тока и достигает 60 % по электричеству. Особенно эти устройства эффективны там, где есть высокопотенциальное тепло, например, на атомных электростанциях, газоперекачивающих агрегатах и газотурбинных электростанциях. Электрохимические генераторы на ТОТЭ «всеядны» — в качестве исходного топлива в них могут использоваться природный газ, спирты и многое другое, к тому же они достаточно экологически чистые. Электрохимические установки на ТОТЭ перспективны для использования в распределенной энергетике, они незаменимы там, где требуются автономные источники электрической и тепловой энергии, прежде всего в удаленных от линий электропередач районах.

По проекту РНФ пермские ученые ведут исследования в достаточно новой области знания — химической гидродинамике. Процессы преобразования реагентов и образования продукта реакции сопровождаются локальными изменениями физико-химических характеристик среды, способными вызывать крупномасштабное конвективное движение жидкости, что, в свою очередь, может существенно поменять пространственное распределение реагентов и скорость протекания реакции. Учет таких нелинейных эффектов необходим при построении моделей различных технологических процессов в химической, металлургической и нефте-перерабатывающей промышленности.

— Исследования диэлектриков интенсивно ведутся во всем мире, — отметила Татьяна Чупахина. — В 2000 г. на основе монокристаллов были получены купраты-титанаты кальция с гигантскими значениями диэлектрической проницаемости, в 2009-м — никелат лантана-стронция с такими же свойствами. Но выращивать монокристаллы крайне непросто, это целая наука, поэтому использовать соединения на их основе для решения практических задач проблематично. Начались поиски альтернативных вариантов диэлектриков для конденсаторов. Мы выбрали керамические соединения, поскольку по сравнению с полимерными и другими органическими материалами они более устойчивы к различным неблагоприятным факторам внешней среды. Однако керамика состоит из зерен, маленьких кристалликов, и у нее не очень хорошие диэлектрические свойства. Мы задумались над тем, как эти свойства улучшить. В нашем институте, в лаборатории структурного и фазового анализа, есть установка для термобарической обработки «Тороид». Она хоть и «немолодая», но работает исправно. Там оксиды, полученные в обычных условиях, можно подвергнуть обработке высоким давлением одновременно с нагревом. Таким способом мы получили керамику того же химического состава, что и никелат лантана-стронция, синтезированный на основе монокристаллов. Измерения диэлектрических свойств наших материалов провели сотрудники кафедры физики конденсированного состояния и наноразмерных систем УрФУ. Эффект оказался удивительным — диэлектрическая проницаемость никелата лантана-стронция, обработанного термобарическим методом в течение всего 5 минут, повышается более чем в 10 раз!

Один из главных партнеров ИВЭ — Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН, лидирующий в области электрохимического материаловедения, электрохимической энергетики и в исследованиях твердооксидных систем для топливных элементов и высокотемпературных электролизеров. Научно-технический совет ИВЭ, куда входят представители организаций-партнеров (институтов РАН, НИИ НПО «Луч», НПО «Центротех», Чепецкого механического завода, Курчатовского института, Росэнергоатома, металлургических и химических предприятий), возглавил научный руководитель ИВТЭ УрО РАН, профессор, доктор химических наук Юрий Зайков.

— Водородное направление альтернативной энергетики открывает новые перспективы для развития мировой экономики, поскольку водород благодаря своим энергетическим и экологическим характеристикам, а также практически неиссякаемому запасу служит идеальной заменой любому энергоносителю, — отметил Юрий Павлович. — Для подготовки высококвалифицированных специалистов в этой области на Среднем Урале есть все необходимое — мощный научно-образовательный потенциал, сильные материаловедческая и электрохимическая научные школы.

До последнего времени в нашей стране неонатальный скрининг проводился только на пять наследственных болезней. Расширение этого перечня до 36 потребует углубления фундаментальных исследований и определенной перестройки системы оказания медицинской помощи, решения многих других практических задач, юридических и социальных вопросов, а главное — объединения представителей академической и вузовской науки, практического здравоохранения, органов власти, в том числе законотворческих, благотворительных фондов и пациентских организаций. Это взаимодействие, диалог медицинского сообщества и власти стали сквозной темой второй международной конференции «Врач — Пациент — Общество: Иммунология и генетика 2022 г.», прошедшей в Екатеринбурге в конце мая. Масштабный форум, организованный Институтом иммунологии и физиологии УрО РАН, Российским научным обществом иммунологов и JProject (международный образовательный проект по первичным иммунодефицитам) собрал более 150 очных и более 500 заочных участников из 72 российских научных центров, а также из Беларуси, Армении, Казахстана, Узбекистана, Кыргызстана, Ирана, Индии, Афганистана. Онлайн подключались коллеги из США, Великобритании, Франции, Голландии, Турции.

— Сегодня мы переживаем цифровую революцию, и следствие этого «бума» — активное внедрение искусственного интеллекта во все области жизни и, конечно же, в науку, в том числе и науку о материалах. Спектр приложений методов машинного обучения здесь очень широкий: от автоматического распознавания и обработки данных эксперимента (например, результатов микроскопии) до оптимизации технологических цепочек металлургических предприятий.

— Магнитная гидродинамика начала развиваться в Перми более полувека назад, с приездом в город академика Латвийской академии наук Игоря Михайловича Кирко. В последние двадцать лет лидер этого направления — заведующий лабораторией физической гидродинамики ИМСС УрО РАН, доктор физико-математических наук Петр Готлобович Фрик. Исследования течений электропроводной жидкости позволяют решать не только фундаментальные астрофизические задачи, но и разрабатывать магнитно-гидродинамические технологии. Изучение поведения жидких металлов под воздействием бегущих и вращающихся магнитных полей необходимо для того, чтобы управлять их потоками — перекачивать, перемешивать, очищать бесконтактным способом.

8 февраля, в День российской науки Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН подтвердил свой статус головного разработчика технологии и оборудования для высокотемпературной пирохимической переработки отработавшего ядерного топлива в рамках проекта ГК Росатом «Прорыв», выиграв конкурс на выполнение государственного контракта по этому направлению. В минувшем году уральские электрохимики получили значимые результаты. Экспериментально отработаны в лабораторных установках с использованием модельных композиций базовые операции технологической схемы — электрохимического восстановления оксидов актиноидов («металлизации») и высокотемпературных окислительно-восстановительных процессов с применением хлоридов электроположительных металлов («мягкого» хлорирования). Проведены технологические испытания макетов установок «металлизации» и улавливания летучих продуктов деления операции высокотемпературной обработки ОЯТ. Изготовлены и введены в эксплуатацию экспериментальные установки подготовки инертной газовой среды и боксированной стендовой установки рафинировочного переплава с использованием токов высокой и низкой частоты для индукционного нагрева и перемешивания. Изготовлены и испытаны ключевые узлы роботизированного внутрикамерного манипулятора и макеты ключевых узлов межмодульной транспортной системы для обеспечения дистанционного обслуживания пирохимического оборудования. В 2022 году коллектив разработчиков продолжит работу в этих направлениях.