Как Томский политехнический университет ищет «метановые бомбы» и открывает «водородную долину»

Томскому политехническому университету (ТПУ), старейшему техническому вузу в азиатской части России, в создании которого активно участвовал Дмитрий Иванович Менделеев, в мае следующего года исполнится 125 лет. За эти годы университет подготовил почти 170 тысяч специалистов, многие из которых внесли значимый вклад в развитие науки, технологий и общества. Среди его выпускников, например, авиаконструктор, создатель уникальных вертолетов серии «Ка» Николай Камов, выдающийся конструктор вертолетов Михаил Миль, главный конструктор Останкинской телебашни Николай Никитин. Сегодня Томский политехнический университет является не только ведущим инженерным вузом России, входящим в топ-10 лучших университетов страны по версии национальных и международных университетских рейтингов, но и одним из лидеров среди вузов России по объему выполняемых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работы (НИОКР): за пять лет он составил свыше девяти миллиардов рублей, это около двух миллиардов рублей в год. Ведет университет и разработки в интересах индустриальных партнеров, занимается передовыми фундаментальными исследованиями, отвечая на глобальные научные вызовы. О передовых научных отраслях, в которых Томский политех работает как крупный исследовательский центр, — в материале «Ленты.ру».

Космос

Разработки ученых ТПУ востребованы многими предприятиями космической отрасли, где они активно внедряются, модернизируются. Так, например, созданные политехниками уникальные технологии и установки для нанесения плазменных терморегулирующих покрытий на поверхность космических аппаратов для защиты от излучения Солнца используются в компании «Информационные спутниковые системы» имени академика Решетнева.

Кроме того, впервые в истории университетской науки ТПУ совместно с коллегами из Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ СО РАН) и ракетно-космической корпорации «Энергия» имени Королева стал официальным участником экспериментов на Международной космической станции. В ходе проекта были разработаны и внедрены технологии создания многослойных прозрачных нанокомпозитных покрытий, защищающих иллюминаторы космических кораблей от микрометеоритов. Помимо этого, были реализованы проекты получения данных о воздействии динамических нагрузок на шлюзовую камеру и «3D-печать в невесомости». А совместно с ИФПМ СО РАН ученые ТПУ создали высокоэффективную технологию контроля качества соединений, полученных методом сварки трением с перемешиванием, которая сегодня применяется для изготовления корпусных элементов ракетно-космической техники нового поколения.

Символом исследовательского прорыва ученых Томского политехнического университета в космическую научную проблематику стал успешный запуск в открытый космос в августе 2017 года спутника «Томск-ТПУ-120», впервые в мире созданного с помощью аддитивных технологий.

Фото: пресс-служба Роскосмоса

Арктика

На платформе ТПУ создана и успешно работает мощная международная коллаборация по изучению особенностей функционирования полярной климатической системы — Международный арктический сибирский научный центр.

С участием ТПУ организовано и проведено 8восемь международных экспедиций по Арктическим морям и Сибирским рекам. Исследования, проведенные политехниками под руководством профессора ТПУ, члена-корреспондента РАН Игоря Семилетова в научном содружестве с учеными из ведущих научно-образовательных центров мира, во многом меняют понимание функционирования арктической климатической системы. Они убедительно доказывают, что в последние 30 лет подводная мерзлота деградирует с нарастающей скоростью. Результатом таяния мерзлоты становятся критически возрастающие объемы парниковых газов — метана и углекислого газа, выделяемые в водную толщу и атмосферу. Эти процессы в настоящее время приобретают глобальный характер и могут вызвать необратимые климатические изменения в будущем. Президент РАН Александр Сергеев назвал это метановой бомбой.

В сентябре 2020 года представители ТПУ отправились в очередную арктическую экспедицию на борту научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш».

Фото: предоставлено ТПУ

Ядерная медицина

Томский политех является одним из ведущих российских центров разработки и производства радиофармпрепаратов — лекарственных средств, содержащих радиоизотопы. Их получают на исследовательском ядерном реакторе ТПУ, единственном действующем вузовском ядерном реакторе в России. Он включен в перечень уникальных научных установок и является мегасайенс-площадкой.

На базе реактора ученые получают диагностический изотоп технеций-99м. ТПУ обеспечивает потребности в этом элементе клиник Сибири и Дальнего Востока. Кроме того, в настоящее время ведутся исследования по использованию технеция-99м для создания новейших антибиотиков, препаратов для противораковой терапии и кардиологии.

Также на базе реактора действует единственное в России производство дефицитного изотопа — радиоактивного фосфора-32, который активно применяется в биохимических исследованиях, в том числе для диагностики онкологических заболеваний и лечения некоторых форм рака.

Здесь же получен радионуклид лютеция-177, радиофармпрепараты на основе которого крайне эффективны. Его применяют в лечении опухолей костных тканей и внутренних органов. Уникальность технологии, предложенной томскими политехниками, в том, что получают этот радионуклид не напрямую из лютеция-176, а из иттербия-176, сводя таким образом к минимуму токсическое действие препарата на организм пациента.

Фото: предоставлено ТПУ

Водород

Томский политех сегодня выступает инициатором создания в Томской области технологической «водородной долины» — масштабного консорциума научно-образовательных, исследовательских организаций региона с участием профильных индустриальных партнеров и институтов Российской академии наук. Томск станет российской площадкой для создания целой отрасли получения, хранения, транспортировки и использования водорода.

И у Томского политеха есть серьезные наработки в этой области. В университете проводятся фундаментальные и прикладные исследования в области получения чистого водорода, безопасного хранения водорода, транспортировки водорода с наименьшими потерями, а также его применения в качестве энергоносителя в системах автономного электроснабжения.

Так, например, в томском вузе развивают плазмохимический метод получения водорода из природного газа. В частности, разработан новый способ конверсии углеводородного газа в углеродный наноматериал (углеродные нанотрубки, фуллерены) и водород в плазме СВЧ-разряда. Он позволяет решить проблему глубокой переработки углеводородного сырья, в том числе создавать малотоннажные мобильные установки для конверсии попутных газов непосредственно на месторождениях, находящихся в сложных природно-климатических условиях районов Сибири и Дальнего Востока.

Получать водород можно и из различных отходов, низкосортного угля. В сотрудничестве с компаниями «Компомаш-ТЭК» и «Всероссийский теплотехнический институт» томские политехники разработали технологию, позволяющую преобразовывать твердое топливо в экологичный газ. Еще один способ получения водорода — переработка биомассы и отходов, в том числе пластиковых. Например, в ТПУ разработана технология и создана опытная установка по переработке органических отходов в биогаз и биоудобрения. А система электроактивации позволяет ускорить процесс метаногенеза в пять раз, повысить производительность процесса и объемы выхода биогаза. Работать она может практически на любых органических отходах.

Фото: предоставлено ТПУ

Здоровье

Целый ряд научных коллективов Томского политеха создает новые материалы для регенеративной медицины — скаффолды, имплантаты и покрытия для них. Недавно ученые вуза разработали новую технологию создания искусственных сосудов — графтов. В перспективе внедрение технологии поможет сделать лечение острых тромбозов намного доступнее, при этом предложенный метод эффективнее и качественнее аналогов и почти в два раза дешевле.

Вместе с коллегами из Великобритании, Германии, Китая и Швейцарии ученые ТПУ предложили новый способ доставки противотромбозных препаратов к поврежденным участкам сосудов. В предложенной системе транспортным средством для лекарств служит стент, который хирурги устанавливают для расширения сосудов. Его ученые покрывают очень тонкой пленкой из биоразлагаемого полимера с маленькими углублениями — микрокамерами. В них и содержатся молекулы лекарственных соединений, задача которых — улучшить эффект от установки стента и предотвратить дальнейшее развитие тромбоза.

Фото: предоставлено ТПУ

Ресурсоэффективные технологии

В ТПУ создан Научно-образовательный центр «Экоэнергетика 4.0», в котором исследователи разрабатывают технологии по «превращению» низкосортного угля, отходов агропромышленного комплекса и деревообработки в экологичный источник тепла и электричества. Научным руководителем этого центра стал академик РАН, лауреат международной энергетической премии за научные разработки в области энергетики «Глобальная энергия», профессор Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Сергей Алексеенко.

А социально значимый проект «Чистая вода» по сооружению водоочистных комплексов в сельских населенных пунктах Томской области политехники реализуют в рамках региональной программы. С 2017 года Томский политехнический университет установил в районах области свыше 140 водоочистных станций, свыше 85 тысяч жителей региона получили 55 тысяч кубометров качественной воды.

Аналогичные водоочистные комплексы сотрудники ТПУ разработали и установили по заказу «Газпрома» на территории, по которой пролегает магистральный газопровод «Сила Сибири».

Фото: предоставлено ТПУ

Подготовка исследователей

Для подготовки исследователей и проведения прорывных исследований в Томском политехе из лучших научных коллективов университета сформированы две исследовательские школы — по химическим и биомедицинским технологиям и физике высокоэнергетических процессов.

В них ТПУ первым в России начал реализовывать интегрированные магистерско-аспирантские программы, когда бакалавры поступают на выбранную ими программу магистерской подготовки, а затем переходят в аспирантуру. Таким образом, срок подготовки диссертационной работы фактически составляет минимум шесть лет (два года магистратуры плюс четыре года аспирантуры), а это повышает шансы на защиту диссертации.

А в Исследовательской школе химических и биомедицинских технологий ТПУ запущена программа «Перспективные химические и биомедицинские технологии», в рамках которой, помимо углубленного изучения профильных дисциплин и научной работы, студенты знакомятся с методами анализа и общемировыми трендами в науке.

Фото: предоставлено ТПУ

Источник