Пятеро учёных из Федерального исследовательского центра «Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук» стали лауреатами премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2019 год. Престижная награда присуждена за разработку новых импортозамещающих технологий производства катализаторов риформинга и их промышленное освоение на отечественных нефтеперерабатывающих заводах.
Лауреатами стали директор Института катализа СО РАН Валерий Бухтияров и омские ученые, работающие в Центре новых химических технологий ИК СО РАН: директор центра Александр Лавренов, заведующий лабораторией Александр Белый, главный научный сотрудник Валерий Дуплякин и старший научный сотрудник Михаил Смоликов. Сегодня мы беседуем с доктором химических наук Александром Белым.
Стратегическая отрасль
– Александр Сергеевич, как бы вы объяснили суть вашей работы людям, далеким от науки? В чем актуальность работы, которая отмечена правительственной премией?
– Производство моторных топлив из углеводородов – это стратегическая отрасль экономики, от которой зависит и работа транспорта, и боеготовность армии, и многое другое. На современном этапе такое производство немыслимо без использования катализаторов – веществ, значительно ускоряющих химические реакции. С их помощью достигается производство топлива с высоким октановым числом, которое используется в современных двигателях (цифра в маркировке бензина АИ-92, АИ-95 и др. указывает на октановое число). Также катализаторы необходимы для увеличения глубины переработки нефти и очистки нефтепродуктов от вредных примесей, прежде всего серы. Но за время экономических реформ отечественное производство катализаторов сдало свои позиции, ряд предприятий прекратил свое существование.
Когда в 2014 году над российской нефтеперерабатывающей промышленностью нависла угроза применения полномасштабных санкций, доля западных компаний на российском рынке катализаторов превышала 50%. К тому же зарубежные партнеры предлагали нам катализаторы с не самыми лучшими характеристиками, но зато по очень высокой цене. Правительство и нефтяные компании страны озаботились импортозамещением, приняли соответствующие планы, и за пять лет удалось повысить долю отечественных катализаторов до 70%.
– Как удалось сохранить научную школу?
– С 1978 года, когда начала работу лаборатория катализа, которая затем выросла в отдел и далее в Омский филиал новосибирского Института катализа СО РАН, у нас сложились хорошие партнерские отношения с Омским нефтеперерабатывающим заводом, другими предприятиями. И когда начиная с 1992 года государственное финансирование нашего института прекратилось, мы смогли воспользоваться самостоятельностью, использовать большой задел результатов фундаментальных исследований для внедрения их в производство и создания коммерческого продукта.
Самое сложное, как говорят в науке, – это пройти «долину смерти», то есть перейти от лабораторного уровня исследований до создания коммерческого продукта. Потому что эти работы требуют больших инвестиций, а конечный результат еще не очевиден. Чтобы инвестор дал денег исследователям, нужна очень высокая репутация, компетентность не только в фундаментальной науке, но и в знании промышленного производства. Крупные руководители нефтехимической отрасли – это особая каста людей, и очень сложно получить их доверие. Но отечественные заказчики находились из тех, кто не хотел платить огромные деньги в валюте за импортные катализаторы. И уже в 1992 году у нас в Омске открылось опытное производство, на котором выпускались небольшие партии новых марок катализаторов.
– Давайте расскажем нашим читателям, что представляют собой катализаторы. На вид это мелкий порошок или гранулы белого или бежевого цвета.
– У этого порошка очень сложная структура, если посмотреть на него под микроскопом. И он очень дорогой, как я говорю студентам, он в десять раз дороже, чем черная икра. Партия катализатора загружается в нефтеперерабатывающие установки на десять лет. И вот в установку риформинга (задача которой – увеличение октанового числа компонентов бензина) загружается около ста тонн катализатора. Несмотря на то что он очень дорогой, его применение себя более чем оправдывает за счет улучшения потребительских свойств топлива, увеличения глубины переработки.
Основа современных катализаторов – оксид или гидрооксид алюминия, которые в природе содержатся в особых сортах глин. Но нам он нужен в высоких концентрациях и с хорошими кристаллическими свойствами. После очистки его содержание составляет 99,99 процента. Активные компоненты катализатора – это и соединения платины, рения, и другие металлы.
Высокие технологии
– Ученому необходимо создать новый катализатор. С чего начинается эта работа?
– В первую очередь необходимо иметь представление, для чего нужен новый катализатор, какими свойствами он должен обладать. Хороший катализатор ускоряет нужные химические реакции, но минимизирует побочные, не нужные для выпуска необходимого нам нефтепродукта.
Задача исследователя – разглядеть, что может сделать активный центр катализатора, достичь избирательности запускаемых химических реакций. Первоначально катализатор создается в лаборатории. Так как эксперименты очень дорогостоящие, разработаны методы математического моделирования, когда компьютер перебирает варианты строения катализатора и оценивает их свойства, поведение во время химических реакций. В итоге выбирается несколько наиболее выигрышных вариантов катализаторов с разной структурой. Они уже испытываются в лабораторных условиях.
У нас имеются лабораторные установки, в которых происходят те же процессы, что и на установках нефтезавода, только в микроскопических объемах. Одновременно производится измерение всех параметров процесса используемых в нем компонентов и конечного продукта. Результаты передаются на компьютер. Наиболее удачные варианты катализатора помещаются в более крупные пилотные установки. Они вырабатывают по пять-десять килограммов конечного продукта. Последующее испытание катализаторов идет уже на промышленной площадке, совместно с технологами, специалистами завода.
– Изменился ли процесс разработки катализаторов за последние десятилетия?
– Конечно, благодаря новому оборудованию. Весь первый этаж в нашем научном центре заставлен научными приборами. У нас самый мощный микроскоп из имеющихся в Омске, его разрешение – один на полтора миллиона. Приборы установлены на первом этаже, потому что им нужны отдельные фундаменты, гидроизоляция, теплоизоляция, защита от магнитных полей. В свое время, когда по Нефтезаводской ходил трамвай, он создавал проблемы нашим приборам еще предыдущих поколений, настолько они чувствительные. А 40 лет назад, когда электронных микроскопов не было, мы пользовались химическими методами. Измеряли вес компонентов, конечного продукта реакции, делали вычисления и на их основе оценивали эксперимент.
Наука как творчество
– Что необходимо исследователю, чтобы он мог творчески работать и выдавать результат?
– Ему необходимы гарантированная зарплата и соцпакет, чтобы он думал о науке, а не о поиске хлеба насущного. Также важна научная репутация, которую сейчас создают публикации в специализированных журналах, используемых для составления рейтингов, например индекса Хирша. Цитирование работ – это для ученого как лайк для пользователей социальных сетей. Нужно проводить апробацию своих научных работ, для чего выступать с докладами на научных конференциях. Необходим и хороший коллектив. Чем коллектив отличается от толпы? Тем, что все его члены имеют общую заинтересованность в реализации какого-то дела. И заинтересованы друг в друге, потому что каждый необходим для интересов дела. Один из показателей успешности научного учреждения – это если к нему тянется молодежь. Сейчас в нашем Центре новых химических технологий средний возраст научных сотрудников – 40 лет. И большинство молодых ученых – из Омска. Систему подготовки новых кадров тоже пришлось создавать, работая совместно с руководством и преподавателями ОмГУ, ОмГТУ, при поддержке Омского НПЗ, создавшего базовую кафедру в техническом университете.
– Какая мотивация у людей, которые становятся учеными?
– Наверное, всё зависит от личной предрасположенности к той или иной работе. Помню, когда я оканчивал школу в Куйбышеве (теперь Самара) почти шестьдесят лет назад, то у всех была мода – поступать на направления, связанные с вычислительной техникой. Но я пошел учиться на химика. Почему? Повлиял главный инженер местного НПЗ, который неоднократно выступал у нас в школе и очень интересно рассказывал про производство. И учительница химии, которая преподавала в нашем классе. Она очень талантливо вела уроки и смогла заинтересовать меня своим предметом. И очень важно для ученого – не разочароваться и не уйти из науки на полпути.
– Александр Сергеевич, завершая беседу, поздравляю вас и коллег с присуждением правительственной премии и желаю успехов в дальнейшем научном поиске.
Михаил ОСКОЛКОВ
Фото: Сергей САПОЦКИЙ
**
