В России внимательно следят за ситуацией: в рамках Года науки и технологий последний месяц уходящего лета посвящен климату и экологии. Благодаря нацпроекту «Наука и университеты», в рамках которого создаются научно-образовательные центры мирового уровня, российские студенты и ученые создают разработки, способные помочь в сохранении природы. О главных инновациях в этой сфере расскажем в нашем материале.
Спасти рядового Байкал
Крупнейший природный резервуар пресной воды и самое большое пресноводное озеро Евразии, несомненно, имеет огромное значение для науки: оно отличается уникальным разнообразием флоры и фауны. Для его более эффективного изучения и защиты от пагубного влияния человека в России создали Научно-образовательный центр мирового уровня (НОЦ) «Байкал». Участниками объединения стали сотрудники Иркутского национального исследовательского технического университета (ИРНИТУ), Иркутского государственного университета (ИГУ), Иркутского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук. В НОЦ «Байкал» также вошли органы исполнительной власти и крупнейшие предприятия, работающие в этих регионах.
«Технологии, разрабатываемые в НОЦ, призваны уменьшить экологическую нагрузку на промышленно-развитые территории и должны обеспечить восполнение сырьевой базы для развития “зеленой” экономики без ущерба для окружающей среды. Это будет способствовать сохранению ресурсов и развитию экологически нейтральных производств будущего», — заявил губернатор Иркутской области Игорь Кобзев. Он добавил, что основные приоритеты НОЦ — комплексная переработка древесины, переработка промышленных отходов, биофарма и медицинские технологии.
Одна из самых заметных проблем Байкала — отходы, которые остаются после работы различных заводов вблизи водоема. Например, Байкальский целлюлозно-бумажный комбинат (БЦБК), работавший с 1966 по 2013 годы, оставил «наследие» в виде 6,2 миллиона кубометров отходов на промплощадке. Среди них: шлам-лигнин, зола, древесная кора, промышленные, бытовые отходы и щелокосодержащая жидкость. Вывезти такое количество отходов технически невозможно, поэтому единственный выход — переработать их на месте.
Решить проблему вызвался ИРНИТУ, специалисты которого научились перерабатывать вредные вещества в почвогрунт и удобрения. Ученые даже нашли способ для вторичного использования таких отходов: вымороженный осадок шлам-лигнина можно задействовать в технической и биологической рекультивации отработанных карьеров, откосов дорожного полотна, восстановления лесополос и выращивании сельскохозяйственных культур.
Существует большое количество гаджетов, которые следят за здоровьем человека: измеряют уровень кислорода в его крови, частоту сердечного ритма и т. д. Ученые НИИ биологии Иркутского государственного университета создали подобную систему мониторинга для того, чтобы круглосуточно наблюдать за состоянием воды в Байкале. С февраля 1945 года реализуется технология «Точка No 1», которая работает на базе нейросети, автоматически распознает и классифицирует содержащиеся в озере микроорганизмы. Это первый в мире подобный и уникальный по долговременности наблюдений проект.
«Такой анализ облегчит работу ученых, которым сейчас приходится различать более 400 видов байкальского планктона и систематизировать данные вручную», — рассказали в пресс-службе вуза.
Фотографии микроорганизмов будут попадать на сервера Yandex.Cloud напрямую с микроскопов лаборатории, после чего алгоритм будет определять видовую принадлежность планктонных частиц (разработчики обещают точность до 99 процентов).
Зачем вообще определять виды микроорганизмов? Дело в том, что изменения состояния фито- и зоопланктона позволяет специалистам увидеть сезонные и погодные колебания, а при длительном наблюдении — закономерности и влияние экологических процессов на экосистему озера.
Сектор без газа
За последние пару сотен лет человечество начало массово сжигать ископаемое топливо и еще сильнее вырубать леса, благодаря чему концентрация парниковых газов в атмосфере увеличилась в разы. Как результат — глобальное потепление становится все ближе. Сейчас ученые активно ищут способы контроля климатических активных газов: над проблемой работают и российские специалисты, включая сотрудников Научно-образовательных центров мирового уровня. В частности, ученые из Уральского федерального университета (УрФУ, входит в Уральский межрегиональный НОЦ мирового уровня «Передовые производственные технологии и материалы») заняты созданием карбонового полигона «Урал-Карбон», который будет представлен таежными лесами. Место выбрано не случайно: обилие деревьев делает Тайгу одним из наиболее значимых резервуаров стока углерода из атмосферы.
«Ожидается, что после отработки методик на основных площадках полигона особенностью уральского полигона может стать мониторинг климатически активных газов на самозарастающих сельхозугодиях и в зонах отвалов месторождений, что особенно актуально для такого промышленно развитого региона», — заявили в пресс-службе вуза.
В планах ученых сделать из карбонового полигона просветительский центр с экскурсиями и летними школами. Для работы площадки задействуют 400 студентов.
Подобные полигоны будут также открываться в Чеченской Республике, Краснодарском Крае, Татарстане, Калининградской, Новосибирской, Сахалинской, Свердловской, Московской и Тюменской областях. Измерять концентрацию парниковых газов будут дистанционно, а обрабатывать данные — с помощью искусственного интеллекта
Что-то здесь нечисто
«Многие в новостях, а некоторые и своими глазами, видели страшные картины при разливе нефти и нефтепродуктов, а также героические усилия по устранению последствий аварий. Значительная часть загрязняющих веществ попадает в подземные воды, а затем вместе с ними в водные объекты — реки, озера», — объясняет важную проблему заместитель директора по научной работе Естественнонаучного института ПГНИУ, Заслуженный эколог РФ Николай Максимович. По его словам, процесс загрязнения может длиться долгие годы, потому что его трудно контролировать. Однако разработка ученых позволит «значительно ускорить природные процессы естественного разложения нефтепродуктов».
Установка специалистов комбинирует применение химического и биологического методов обработки грунта и подземных вод. Для этого лаборанты изучают участок загрязнения и отбирают там необходимые микроорганизмы. Из них наращивается аборигенная биомасса, которую позже, вместе с кислородом, подают через скважину в подземное пространство. Для работы установки не нужна электроэнергия — ее автономности хватает примерно на месяц (необходимо только обновлять запас кислорода).
Разработка пригодится для устранения загрязнений при добыче углеводородов, а также их переработке, транспортировке и хранении. Кроме того, технология пермских ученых может использоваться при аварийных разливах нефти.
«При заявленной на старте испытаний 70 процентов эффективности, отдельные скважины продемонстрировали степень очистки вод на уровне 98 процентов. Мы надеемся, что эта технология получит дальнейшее развитие и заинтересует Пермский НОЦ мирового уровня “Рациональное недропользование”», — заявил старший научный сотрудник лаборатории геологии техногенных процессов ЕНИ ПГНИУ Артем Деменев.
Свекла против нефти
Сотрудники и студенты кафедры безопасности производства и промышленной экологии Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ, входит в состав Евразийского НОЦ мирового уровня) тоже попытались справиться с проблемой очистки воды от нефтепродуктов. Они предложили использовать экологически безопасный сорбент, который, по словам ученых, лишен критических недостатков. В основе этого вещества лежат отходы от переработки сахарной свеклы — идея использовать их возникла спонтанно.
«Мы предлагаем использовать природный легкодоступный материал, который по своим характеристикам не уступает существующим на рынке аналогам, среди которых органические и неорганические сорбенты. Но у нас преимущество не только в органике: при производстве используются отходы, а это двойная польза с точки зрения экологии», — объясняет один из авторов разработки Наталья Кострюкова.
Принцип работы сорбента стандартный: загрязненный участок окружают боновыми заграждениями и посыпают порошком. Позже полученную смесь собирают и утилизируют. Любопытно, что в будущем разработку УГАТУ могут использовать и для очистки почвы: первые испытания уже показали «отличные результаты».
Карта золошлаков и гусеничные роботы
После сжигания угля на угольных ТЭС остаются золошлаковые отходы (зола и шлаки). По словам председателя Комитета Госдумы по энергетике Павла Завального, к 2030 году в России объем золошлаков может превысить два миллиарда тонн, если они продолжат накапливаться. Только в Кемеровской области ежегодно образуется 2,3 миллиона тонн отходов — естественно, это негативно влияет на экологию региона.
Решение вопроса предложили в НОЦ мирового уровня «Кузбасс», куда входит Кузбасский государственных технический университет (КузГТУ). Ученые решили создать интерактивную 3D-карту твердых продуктов сгорания углей. На онлайн-платформе можно будет посмотреть, сколько отходов хранится в золотоотвалах кузбасских электростанций СГК: Кемеровской ГРЭС, Беловской ГРЭС и Томь-Усинской ГРЭС. Эта информация нужна для потенциальных инвесторов и строительных компаний, которые захотят приобрести золошлаки для вторичного использования: отходам можно найти применение в радиотехнике, машиностроении, металлургии и многих других сферах.
Специалисты Кузбасской сельхозакадемии (Кузбасская ГСХА) решили спасать экологию с помощью роботов. Участники НОЦ «Кузбасс» задействовали технологию точечного зондирования Земли, чтобы разработать устройство для экспресс-мониторинга почв и растений. Девайс на гусеничных шасси собирает на выбранном участке данные о содержании в почве азота, фосфора и калия, а также о сорняках, болезнях и вредителях. Позже искусственный интеллект отправляет результаты в специальное приложение на смартфоне. Робот управляется с помощью пульта, радиус действия которого составляет около 300 метров.
«Когда мы собираем все показания по почве, то есть влажность, кислотность и тому подобное, специалист может составить определенный план действий, сформировать коктейль из удобрений», — рассказал в интервью журналистам один из авторов проекта, студент Михаил Воронько.
По словам доцента кафедры агроинженерии Кузбасской сельхозакадемии Сергея Быкова, исследования робота способны «значительно повысить экономию» на средства для удобрения и для защиты растений.
Прогноз наперед
НОЦ мирового уровня «ТулаТЕХ», созданный благодаря нацпроекту «Наука и университеты», может похвастаться как минимум несколькими эко-проектами. Название одного из них — «Система экологического мониторинга атмосферного воздуха промышленного региона» — говорит само за себя. Система позволяет оценить последствия загрязнению на территориях горнопромышленных агломераций, чтобы спрогнозировать его последствия.
По мнению заведующего кафедрой охраны труда и окружающей среды ТулГУ Владимира Панарина, важность проекта обусловлена тем, что в последние годы динамика загрязнений некоторых городов России показывает серьезный рост валовых выбросов в атмосферу (пыль, оксиды углерода, азота, серы и т. д.).
Вместе с тем в ТулГУ уже давно разрабатывается автономная автоматизированная система непрерывного контроля выбросов загрязняющих веществ. Для работы технологии требуются специальные датчики, которые позволят контролировать выбросы. Они отправляют информацию по сети разработчикам, а последние оперативно передают данные контролирующим органам для экстренного принятия мер. Изобретение уже похвалили тульские чиновники: они позволили внедрить тестовые датчики в регионе, а также посоветовали студентам и ученым создать общественную экологическую организацию.
Новый лес
Пока многие регионы пытаются минимизировать последствия выбросов в атмосферу, неравнодушные участники акции «Сохраним лес 2021» планируют своими руками озеленить страну. Они хотят высадить 70 миллионов деревьев в 85 регионах России, сделав основной акцент на Якутии, Карелии и Челябинской области. Эти регионы сильнее остальных пострадали от лесных пожаров: по оценкам экологов, там сгорело более полутора гектар леса.
К слову, акция проходит уже не первый год. За предыдущие пару лет россияне уже высадили более 82 миллионов деревьев по всей стране. Поэтому высадить еще 70 миллионов до конца ноября — задача вполне выполнимая.
Это тоже интересно: