Фото: Х. Пайдоев/ "Народное слово"

Инновации в сфере водородной энергетики, испытания обшивок космических кораблей, технология, которая ускоряет производство ценного карбонового волокна в 200 раз, — все это подвластно ученым Института материаловедения Академии наук Республики Узбекистан. Учреждение неизменно притягивает любителей научно-просветительского туризма. Желающие могут узнать о передовых разработках и научном потенциале уникального учреждения. 
 

Зеркальная парабола в 18 этажей

Институт материаловедения Академии наук расположен в живописном уголке Паркентского района. Видно его издалека — на вершине холма возвышается огромная зеркальная конструкция. Это уникальный научный объект — Большая солнечная печь и комп¬лекс оптического оборудования, которое обеспечивает ее работу. Вместе они составляют грандиозное инженерное сооружение, каких всего два в мире. Одно находится во Франции, второе — в Узбекистане. 

Комплекс начал функционировать в 1987 году. Его возводили шесть лет в три рабочие смены. Место для Большой солнечной печи искали 12 лет. Главное преимущество выбранного участка — огромный природный монолит, который находится под поверхностью земли и обеспечивает объекту сейсмоустойчивость. Также свою роль сыграли прозрачный горный воздух и большое количество солнечных дней. 
Сооружение призвано направлять тепловую энергию солнечных лучей на решение актуальных научных задач — разработку и производство высокотехнологичных материалов. До 1993 года здесь располагались лаборатории физико-технического института Академии наук республики. А 29 лет назад был образован Институт материаловедения, который прочно закрепил за собой статус ведущего научного учреждения Узбекистана и Центральной Азии. Здесь трудится более 200 сотрудников, работает семь лабораторий, которые специализируются на самых актуальных вопросах материаловедения и «зеленой» энергетики.

— Солнечная печь, расположенная на территории нашего института, — самая большая в мире. Это сложный оптико-механический комплекс с автоматической системой управления, — рассказывает старший научный сотрудник института доктор технических наук Жавохир Шерматов. — Чтобы печь функционировала, нужны гелиостаты — огромные зеркальные панели, установленные на специальном поле площадью 3 022 квадратных метра. Всего их 62, они размещены на пологом склоне горы в шахматном порядке. Они непрерывно «следят» за Солнцем в течение светового дня, постоянно корректируя положение зеркал. Задача гелиостатов — фокусировать и направлять лучи в огромный солнечный концентратор площадью 2 268 квадратных метров. Это зеркальная парабола высотой с 18-этажный дом, на поверхности которой расположено более десяти тысяч отражающих элементов. Задача конструкции — фокусировать лучи солнца в одну точку. Лучистый поток, который образуется при этом, направляется в технологическую башню, где находится Большая солнечная печь. Диаметр пучка энергии может достигать одного метра. Она позволяет добиться очень высоких температур, вплоть до трех тысяч градусов. В зависимости от научно-производственных задач температурой можно управлять. 
 

«Научить»  авто ездить на водороде

На что же направляется столь высокая энергия? Чем занимаются ученые института и какова практическая польза их исследований?

— Наш институт образован с целью получения новых, особо чистых композитных материалов для применения в военной технике, аэрокосмической сфере, микроэлектронике и других отраслях, — рассказывает директор учреждения доктор физико-математических наук Одилходжа Парпиев. — На базе Большой солнечной печи проводятся испытания обшивок космических кораблей, самолетов и других летательных аппаратов на термостойкость. Такая работа ведется совместно со Всероссийским институтом авиационных материалов. Высокая температура позволяет синтезировать новые материалы, каждый из которых способен дать толчок развитию той или иной отрасли. Наше приоритетное направление — водородная энергетика.

Перед человечеством стоит глобальная проблема — изменение климата, что связано с огромными выбросами в атмосферу углекислого газа. Приостановить этот процесс поможет переход на «зеленую» энергетику. Курс на нее взят и в Узбекистане. 

— В стране происходит своеобразный бум в строительстве фотоэлектрических и ветряных станций, — продолжает Одилходжа Парпиев. — Но это не панацея. Ведь для развития экономики необходимы высокие энергии, которые можно применять в промышленности. В этом может помочь водород — самый распространенный газ на планете. Его содержат 97 процентов всех атомов. Но получить водород трудно, так как температура разделения молекулы воды на атомы начинается с двух тысяч градусов. Чтобы добиться таких термических характеристик, нужно затратить немало ресурсов. Для выработки одной единицы водородного топлива надо потратить до четырех единиц энергии, что совершенно невыгодно.

Мы предлагаем использовать для получения водорода концентрированную солнечную энергию. Температура при этом достигает не менее 2 200 градусов, что достаточно для разделения воды. Наши ученые разработали безотходный экологически чистый способ производства водорода с использованием Большой солнечной печи. Однако встала проблема его хранения и транспортировки. Водород — очень легкий и взрывоопасный газ. Хранить и тем более перевозить его — сложная задача. Но ученым института удалось ее решить. Под руководством ведущего научного сотрудника Жавохира Шерматова разработан инновационный материал — абсорбер для хранения водорода. Это специальная нанопористая керамика, которая способна удерживать в три раза больше ценного элемента, чем ее аналоги. В мельчайшие отверстия под давлением подается газ, а при определенных условиях — температуре 400 градусов — абсорбер начинает выпускать водород обратно.

Ученые предусмотрели и другой способ хранения и использования водорода — создание топливных элементов. На основе материала, уже содержащего водород, создается небольшое изделие, внешне похожее на видеокассету. Его можно установить в автомобиль вместо аккумулятора. Температура при горении водорода намного выше, чем у газа или бензина. Тратя мало топлива, можно получить много энергии, причем экологически чистой. Сейчас идет работа над созданием таких топливных элементов в Узбекистане. Через несколько месяцев планируется выпустить первый образец. Перспективы применения продукции очень обширны. Возможно, уже в недалеком будущем мы сможем передвигаться на отечественных автомобилях, работающих на водородном топливе. 

Карбоновое волокно — материал будущего

Еще одна передовая разработка Института материаловедения — новая технология получения карбонового волокна. Этот материал гораздо прочнее и легче металла. Он устойчив к очень высоким температурам, коррозии, имеет высокий предел усталости. За счет своих свойств карбоновое волокно широко используется в высокотехнологичных сферах, аэрокосмической и автомобильной промышленности, при производстве спортивного инвентаря и в других отраслях. По словам директора института О. Парпиева, производство карбонового волокна в Узбекистане принесет большую экономическую выгоду. Ведь килограмм вещества на мировом рынке стоит 110 долларов, а квадратный метр материала, созданного на его основе, — 330 долларов. 

— Традиционный способ получения карбонового волокна долгий и затратный, — подчеркивает ученый. — Требуется обработка исходного сырья в течение полутора-двух суток при высоких температурах от 300 до 2 700 градусов. Если при этом используется газ или уголь, происходят вредные выбросы в атмосферу. Наши ученые нашли способ перенести этот процесс в Большую солнечную печь и добились ускорения карбонизации в 200 раз. То есть мы можем получать качественное карбоновое волокно за несколько минут экологически чистым способом. Сейчас готовимся к получению патента на изобретение. Надеемся, что благодаря новой технологии Узбекистан сможет производить для своих нужд и экспортировать ценный высокотехнологичный продукт. 
 

Нанотехнологии для отличного урожая

В копилке научного учреждения еще немало разработок, ориентированных как на внутренний, так и на внешний рынок. К примеру, учеными института создана инновационная нанокомпозитная пленка для теплиц. Она способна увеличить урожайность до 50 процентов за счет уникальных терморегулирующих свойств. В летнюю жару, когда поверхность прогревается до 50—55 градусов, пленка без подвода охлаждения сохраняет температуру в теплице на уровне 22—24 градусов. Зимой же она способна обеспечить растениям плюсовую температуру при десятиградусном морозе. Срок службы инновационной пленки почти в пять раз выше, чем у обычной, ее использование снижает расход воды для полива. 

Инновационный продукт уже тестируется на полях по всему Узбекистану, изучается его применение в климатических условиях разных регионов. Налажен выпуск нанокомпозитной пленки на предприятии «Джизак-пластмасса». В следующем году планируется начать ее серийное производство. Разработка отечественных материаловедов заинтересовала и зарубежных фермеров. Представители Китая, Испании и Эквадора заказали по 1,5 тысячи квадратных метров пленки. В данный момент они испытывают ноу-хау на своих полях. 

Инновационная продукция для замены импорта 

Перед научными институтами страны ставится задача по импортозамещению высокотехнологичной продукции, в которой нуждаются предприятия Узбекистана. До конца года Институт материаловедения готов выпустить на рынок несколько таких товаров. 

Первый из них — инертные керамические шары для очистки и сушки природного газа. Сейчас такая продукция импортируется из России, на что тратятся значительные средства. Потребность в ней у предприятий АО «Узбекнефтегаз» составляет 300 тысяч тонн в год. Ученые Института материаловедения разработали технологию производства таких шаров в Узбекистане, успешно проведены промышленные испытания. Планируется, что с 2023 года будет полностью прекращен импорт аналогичной продукции. Другой пример — олеиновая кислота, которая используется предприятиями АГМК. Благодаря разработке ученых-материаловедов скоро она тоже будет производиться в Узбекистане в промышленных масштабах. Компоненты для третьего инновационного продукта специалисты института обнаружили в техногенных отходах Бекабадского металлургического завода. Это горючий материал, применяемый в сварочных работах, — шихта. Сейчас он поставляется из Китая и России. Планируется, что к 2024 году импорт будет прекращен.

В лабораториях Института материаловедения ведется работа и над другими инновационными проектами, здесь проходят фундаментальные научные исследования. Возможно, скоро нам предстоит услышать и о них. А посетить уникальный объект, где энергия солнечных лучей стоит на службе у науки, можно уже сейчас. Здесь регулярно проводят экскурсии для школьников, студентов, местных и зарубежных туристов. И каждый покидает объект с багажом незабываемых впечатлений. 

Юлия ЛОГВИНА, 
 «Народное слово».