⚡️О новой системе раннего предупреждения лесных пожаров

Студентки института № 6 «Аэрокосмический» МАИ Ольга Ярославцева и Ульяна Иванова предложили свой образ летательного аппарата для постоянного мониторинга лесов с целью более оперативного обнаружения возгораний и их тушения. Функцию «постоянства» решено обеспечивать путем самостоятельной подзарядки батарей беспилотника на зарядных станциях, размещенных через каждые 15 км контролируемых лесных территорий. Тушение пожара оставлено за ближайшими подразделениями МЧС. Круто.

Хотя из краткого описания многое остается неясным и спорным, сама идея здравая и имеет право быть реализованной. По сути, мы видим в этом сообщении начало большого проекта по созданию системы раннего предупреждения, а не тушения пожаров. И если более внимательно отнестись к деталям, то можно сделать простой, дешевый и при этом универсальный технический комплекс с функциями, которые регулируются с учетом особенностей регионов их эксплуатации. Очевидно, что объемы и методы решаемых задач в заповедниках и городских парках будут отличаться от алгоритма работы БПЛА в черневой тайге.

Главное при проектировании системы — не опускаться до уровня слепого копирования того, что уже сделано кем-то. Прежде всего, надо учесть конкретные факты и реальные потребности страны. У нас ежегодно огонь уничтожает более четырех миллионов гектаров леса. Для сокращения ущерба есть планы закупить до 2030 года более пяти тысяч беспилотников для мониторинга лесного хозяйства. Вопрос заключается не в том, мало это или много, а в том, чьи аппараты и с какими функциями будут приобретаться. Пока специалистам лесного хозяйства нравятся китайский беспилотник Matrice и американский Stalker. Но это еще большие затраты, которые мало чего нового дадут для МЧС.

Скорее всего, надо идти своим путем. Чем проще и дешевле получится технический комплекс у студентов МАИ, тем будет лучше для всех. Возможно, вместо сложного навесного оборудования в виде камер, тепловизионных и лазерных дальномеров для мониторинга потребуются лишь сенсоры для измерения концентраций водорода и приземного озона в атмосфере.

⚡️ По мнению экспертов портала «Техносфера, подъем!», такое упрощение системы мониторинга становится возможным благодаря результатам многолетних исследований геолога В. Л. Сывороткина, указывающих на прямую связь концентрации водорода и приземного озона с лесными пожарами.

Пока не поздно, надо активно пользоваться знаниями наших ученых об истинной причине лесных пожаров, чтобы они вообще не возникали в наших лесах. Именно к этому должны стремиться в своих разработках не только студенты МАИ, но и специализированные проектные организации.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

❓Что или кто мешает делать отечественные аккумуляторы?

Есть информация о том, что инженеры Института электродвижения МФТИ разработали новую конструкцию пожаробезопасной литий-ионной батареи. Так как сегодня такую батарею можно без труда собрать даже в домашних условиях, то ключевым в сообщении надо считать термин «безопасность».

Это свойство батареи должно как-то подтверждаться: то ли это полная безопасность, то ли частичная, то ли только в летних условиях. Всем известно, что в России нет организаций, которые владеют научно-обоснованными методиками оценки уровня опасности литиевых батарей для самокатов. Их еще предстоит разрабатывать с учетом конкретных сценарных вариантов эксплуатации в условиях мегаполиса, города, деревни или дачи. С точки зрения эмоционального восприятия, более безопасным кажется техническое решение ученых МГУ о применении полимерных гелей для проточных аккумуляторов, которые к тому же дешевле и долговечнее.

Очевидно, что стоимость, безопасность и производительность батареи может обеспечить только совершенная технология ее производства и методика тщательного тестирования. Так как машин и оборудования для этого у нас никто не производит, то и собственной технологии создания электродов, сепараторов, электролитов, токоприемников и связующих веществ у инженеров МФТИ тоже нет. А это означает, что о безопасности литиевых батареи для самокатов говорить рано.

Пока степень опасности литиевых аккумуляторов у нас никем не проверяется, а только фиксируется в статьях и отчетах. Причем общей причиной возгорания батарей всегда называют не ошибки технологии изготовления, а пресловутый «человеческий фактор». Это удобная тактика поведения поставщиков товара для снятия с себя ответственности и экономии на послепродажном обслуживании. Поэтому ссылка инженеров МФТИ на правила Международной электротехнической комиссии является некорректной, так как все ее стандарты касаются обращения с энергоресурсом, а не методик выявления источников опасности в процессе производства и тем более при эксплуатации батарей. Нам пора разрабатывать свои требования, нормы и ограничения для проектирования компактных, надежных и мобильных источников энергии, а не подражать европейским энергетикам.

⚡️ Эксперты портала «Техносфера, подъем!» возлагают большие надежды на взаимодействие ученых с новым проектным технологическом сообществом «Металион», которое формируется на основе кадрового потенциала Физтеха и намерено создавать свои собственные технологические пакеты, а не копировать чье-то старое и опасное. При этом мы убеждены, что новые безопасные технологии производства мобильных источников энергии возможны только на основе объединения знаний и возможностей всех университетских и научных школ страны.

Желаем энергетикам удачного выполнения намеченных планов.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

⚡️ О проектной технологической школе МЭИ

Поиск новых технических решений в области ветроэнергетики привел инженеров МЭИ к выбору наиболее оптимальной конструкции генератора. По сути, пять молодых исследователей смогли решить старое техническое противоречие между мощностью энергоустановки и ее массой без использования сложных криогенных систем. Оказалось, что для изменения скорости вращения вместо традиционного тяжелого и ломкого механизма «зубчатой передачи» можно использовать «магнитную» систему бесконтактного взаимодействия роторов.

Конструкция «ветряка» при этом получается компактной, легкой и надежной, а его размещение становится возможным в регионах с экстремальными погодными условиями, в том числе в Арктике. При этом прежние проблемы, связанные с большими затратами на обслуживание оборудования, исключаются в принципе, что естественно скажется и на стоимости вырабатываемой электроэнергии.

Получается, все последние разработки инженеров МЭИ, в том числе и мини-ГЭС, о которой мы ранее сообщали, и ветрогенератор с малой массой и габаритами, обладают двумя важными свойствами: они компактные, мобильные, дешевые и простые в эксплуатации. А это полностью соответствует нашей концепции проектирования производственных систем 21-го века.

Надо полагать, что в МЭИ формируется современная проектная технологическая школа энергетических систем 21-го века. С такими инженерами у страны расширяется спектр возможностей для более рационального освоения новых удаленных территорий с учетом их природных особенностей и реального экономического потенциала.

Желаем успехов при реализации своих новых технических решений.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

⚡️ О старых и новых способах передачи энергии на расстояния

Хорошо, что у нас начинают задумываться о беспроводных способах передачи энергии. В Великом Новгороде молодой исследователь Виталий Зубов разработал бесконтактную зарядную станцию для БПЛА. Возможно, для продолжения проекта инженеру стоит организовать взаимодействие с изобретателями из Ярославля — студентками аэрокосмического института № 6 МАИ Ольгой Ярославцевой и Ульяной Ивановой, о разумной идее которых мы недавно писали. Для беспилотников в их системе предупреждения лесных пожаров как раз требуются подобные зарядные устройства, которые по расчетам должны располагаться через каждые 15 км лесного массива.

Такое взаимодействие необходимо, конечно же, не только для увеличения финансового обеспечения исследований, но в первую очередь для продолжения творческого поиска нестандартных технических решений. Именно для этого нужна проектная и очень креативная команда биологов, технологов, кибернетиков, химиков, энергетиков и даже ботаников и орнитологов.

Такой проектный подход позволяет отказаться от тактики дублирования и копирования старого и начать создавать новое. Ведь даже разобрав на части уже существующие «большие коробки» для дистанционной зарядки смартфонов от компаний Xiaomi или Motorola, мы увидим всё те же генераторы миллиметровых волн и сотню фазированных передающих антенн. Это всё не то, это прошлый век.

❓ Возможно, придется сделать смелый шаг и отказаться от навязанного образа литий-ионных батарей как «единственных и неповторимых» источников тока. У нас есть множество более полезных и рациональных решений, которые заставляют по-иному смотреть на проблему беспроводной передачи энергии. Например, если беспилотник летает над лесом, можем ли мы использовать в базовой станции энергию биоты? А если над морем, то более логично было бы задействовать энергию водных и атмосферных потоков? Такие фантазии сегодня нужны, чтобы отказаться от лозунга «догоним и перегоним» и двигаться вперед с девизом «обогнать всех, никого не догоняя».

Все варианты технических решений в проектной команде молодых исследователей приветствуются так же, как и логические игры серьезных российских ученых по исследованию механизмов передачи энергии в системе «Солнце–Земля–Луна». Обнаруженные в ней численные закономерности между расстоянием, площадью поверхности и частотой вращения природных объектов действуют на огромных дистанциях уже миллиарды лет, с высочайшей точностью передавая энергию от одного движущегося объекта к другому.

Все это заставляет иначе смотреть на проектируемые технические устройства для передачи энергии из одной точки в другую. Пока мы смогли передать энергию от зарядного устройства к неподвижному смартфону на расстояние до 15 см в течении 180 минут. Это очень слабо. Теперь пробуем то же самое сделать с движущимися объектами. Это будет прорыв. Поэтому вся надежда — на наших молодых ученых и инженеров, которые дерзают и летят впереди всех, а не плетутся в конце строя.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

⚡️Сегодня без применения лития уже создано огромное количество инновационных разновидностей структур аккумуляторных ячеек, анодных и катодных материалов. Есть даже батареи на основе алюминия и тонких слоев графена. Огромная перспектива и у дешевых катодов на основе органических молекул, твердооксидных элементов и биологических источников энергии.

Даже с точки зрения эмоционального восприятия более безопасным кажется техническое решение ученых о применении полимерных гелей для проточных аккумуляторов, которые к тому же дешевле и долговечнее литиевых ячеек. Все это разнообразие открывает путь к созданию универсальных аккумуляторных систем с возможными преимуществами по стоимости, надежности, безопасности и энергетическим характеристикам.

Поэтому какой-то нелогичной получается концентрация усилий инвесторов только на литиевых системах. Если мы не разрабатываем литий-ионные аккумуляторы, не добываем свой литий и не умеем его использовать повторно после утилизации купленных батарей, то непонятно, зачем изначально ставить себя в сырьевую зависимость от других, не понимая сложность и динамику спекулятивного рынка «батарейных» металлов в мире.

Никто не мешает нам сосредоточиться в своих исследованиях на натриевых электролитах. Получается доступно, дешево и рационально. Тем более что в России металлический натрий начинают производить в промышленных масштабах в Саратове.

Инвесторы и геологи прогнозируют, что при нынешнем темпе производства электрических и гибридных транспортных средств с литиевыми батареями известные в настоящее время запасы лития в 12 странах будут исчерпаны всего за несколько лет. В этой связи может получиться так, что, когда мы начнем осваивать рудное месторождения лития в Мурманской области для производства литий-ионных элементов, во всем мире «литиевый» вариант уже устареет, и нам снова придется догонять лидеров науки и технологии.

Вот только лозунг «догоним и перегоним» сегодня не работает. Вместо прошлых «догонялок» и глупых рейтинговых оценок по критерию «у кого больше всех» требуется возрождать взаимодействие знающих и опытных ученых с умными и высокоинтеллектуальными инвесторами, способными идти не за кем-то след в след по протоптанной дороге, а своими, еще не изведанными тропами.

❗️Только в этом случае проектируемый продукт становится функционально полезным, а его поведение — предсказуемым и безвредным. Будем стараться — и рано или поздно, но у нас это получится.

Подробнее читайте в «Стимуле»

➡️ Подписаться на канал

⚡️В июне эксперт нашего канала Александр Вениаминович Куликов прочитал лекцию в Нижегородском государственном университете им. Лобачевского на тему «О проектировании производственных систем 21 века».

Ключевой тезис лектора - необходимость создания принципиально новой научной дисциплины, которую он назвал «проектологией». А подробнее вы можете узнать из видео перейдя по ссылке.

➡️ Подписаться на канал

❓Почему в сельском хозяйстве образуются отходы?

Если бы не информация ПНИПУ о том, что золу рисовой шелухи можно превратить в жидкое или гранулированное стекло, никто бы и не знал, что процесс выращивания риса генерирует производственные, а не органические отходы.

Исторически принято считать, что в сельском хозяйстве вообще не должно быть производственных отходов, так как там одна органика, которая либо используется повторно, либо медленно разлагается. У нас даже есть отраслевая программа повторного применения более 1,0 млн тонн отходов растениеводства, которые должны использоваться ежегодно «на кормовые цели в нативном виде». В программе декларируется, что из-за специфики отходов никаких проблем их вовлечения в хозяйственный оборот в отрасли не существует.

На самом деле, проблема есть, но она исходит от ученых, которые показали, что получать ценные химические соединения из отходов растениеводства и микроорганизмов для экономики страны гораздо выгоднее, чем синтезировать их опасными и затратными химическими методами.

Ученые предлагают не просто сжигать, закапывать или превращать в подстилку для животных отходы переработки зерновых культур (риса, гречихи, пшеницы и т. д.), а преобразовывать их в продукты, полезные практически для всех отраслей промышленности.

❗️Этот процесс смены старых технологий на новые мы и наблюдаем сегодня. Например, в Краснодарском крае отказались от бесполезного и нерационального метода сжигания рисовой шелухи, который более десяти лет пытался реализовать инвестиционный фонд УК «Сберинвест». Вместо этого перешли на новую двухстадийную технологию получения аморфного диоксида кремния и углерода, предложенную учеными МГУ и реализованную другим, более интеллектуальным инвестором в 2023 году. Это настоящая, нужная и полезная для всех работа.

Что касается публикации ученых ПНИПУ в журнале «Construction and Geotechnics», то, видимо, она так и останется никому не нужной статьей, хотя и выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Жалко.

⚡️Кстати, эксперты портала «Техносфера, подъем!» также обратили внимание на отсутствие информации о практической реализации двух других интересных разработок пермских ученых, касающихся технологий получения чистых органоминеральных и сложных гранулированных удобрений из отходов сельскохозяйственного производства. Скорее всего, сложности с внедрением новых методов возникают из-за того, что никому не нужные отходы якобы вовлекаются в экономический оборот, а это требует проведения комиссионной экологической экспертизы новых технологий. Но это же идеология 90-х годов прошлого века! Она ущербна для развития науки 21-го века, так как исключает любую ответственность проектанта технологии и не стимулирует желание ученого творить и созидать не только для себя, но и для будущих поколений.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

❓Зачем Красноярску водород?

В 2018 году китайские физики из Университета Чжоукоу сообщили всему миру, что создали технологию изготовления новых фотонных кристаллов из нанотрубок TiO2 с кристаллическим ядром для повышения эффективности процесса расщепления воды на кислород и водород за счет преобразования видимого спектра солнечного света в электрический поток.

В этом году красноярские «ученые» зачем-то повторяют китайскую новацию и объявляют на портале «Научная Россия» о том, что для получения таких кристаллов они применили известный метод «электрохимического анодирования» подложки, на поверхность которой воздействовали переменными импульсами высокого и низкого напряжения. При этом количественные значения плотности фототока кристаллов нам не сообщают, что позволяет сделать вывод о слепом копировании того, что сделали другие.

⚡️По мнению экспертов портала «Техносфера, подъем!», за прошедший с 2018 года период можно было совместными усилиями создать действующий прототип установки для высокоэффективной и недорогой системы разделения воды. Но этого не произошло, что свидетельствует о незаинтересованности или незнании реальных потребностей регионов в энергоресурсах.

Если в Китае уже полным ходом строят водородные заправки и выходят на объемы в один миллион тонн водорода в год, то ученые СО РАН только лишь сообщают о технологиях получения водорода.

Например, в 2021 году рассказали о восстановлении старых технологий получения жидкого водорода, а в 2023-м — о получении водорода лазерным воздействием на суспензию из воды и нанопорошка алюминия. Технология получилась компактной, но недоделанной, так как в ходе реакции образуется побочный продукт в виде оксида алюминия.

Пока все научные исследования ограничиваются совершенствованием известных методов электролиза воды, паровой конверсии метана, газификацией угля и пиролиза. Это все старо, опасно и затратно. А того, что необходимо для исключения источника опасности, например, мембранных систем очистки водорода от примесей или оперативных способов оценки чистоты газа, у нас нет.

⚡️Остается только верить ученым и ждать их новых технических решений по превращению энергии водорода в безопасный и выгодный энергетический потенциал развития каждого региона страны. Действительно, если транспортировка водорода до сих пор считается очень дорогим и опасным процессом, то необходимо проектировать мобильные и компактные установки для его производства, очистки или добычи в заданных объемах и размещать их в конкретных точках потребления, где это целесообразно, безопасно и полезно для всех.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

⚡️Сегодня на портале «Техносфера, подъем!» для любопытных и любознательных открывается новая рубрика «О красивых закономерностях окружающего пространства».

Проектант производственных систем 21-го века должен знать особенности всех шести областей пространств, которые нас окружают и которые мы так или иначе осваиваем. Это космическое пространство, водное и подводное, земное и подземное, а также атмосфера с ее уникальной структурой. В каждой области окружающего нас пространства присутствуют свои собственные, индивидуальные параметры и закономерности их изменений во времени.

➡️Начнем с закономерностей космического пространства и рекомендуем к прочтению книгу М. Б. Сергеева «Система Солнце-Земля-Луна. Логические игры».

Всем известно, что скорость вращения Земли вокруг Солнца меняется в течение года в довольно широких пределах — от минимальной 29,293 км/с в начале июля, когда наша планета находится в афелии своей орбиты дальше всего от Солнца, до максимальной 30,289 км/с в начале января, когда Земля находится в перигелии ближе всего к Солнцу. Но главная закономерность нашего вращения вокруг Солнца заключается в том, что только два раза в год скорость этого движения становится равной 29,979 км/сек — в начале марта и в начале ноября. Такая очень красивая закономерность наблюдается лишь на нашей планете, у других планет ее нет.

Видимо, именно эта скорость движения является оптимальной для начала процесса фотосинтеза и его окончания. Всё это похоже на то, что в системе есть механизм, который уже миллиарды лет два раза в год «переключает» алгоритм жизнеобеспечения Земли, в результате которого точка плавления льда и температура кипения воды сохраняются неизменными при каждом уровне атмосферного давления. Обнаружено еще, что именно в марте и в ноябре переходный коэффициент между орбитальной скоростью Земли и скоростью света в вакууме равен 10 000, а сам промежуток времени между операциями «вкл/выкл» равняется отношению 3/11, или 0,273. Это число присутствует в системе Солнце–Земля–Луна как общая для всех объектов величина, связывающая три их параметра: площадь поверхности (диаметры), расстояние между объектами и частоту их колебаний (вращений). Выявлено уже семь численных закономерностей между пространственно-геометрическими, массовыми и температурными параметрами объектов природы.

❗️Эти данные требуют своего объяснения, так как для проектирования производственных систем 21-го века, конечно же, простых совпадений мало. Разрабатывая техногенные объекты, мы даже не понимаем, как эти закономерности учитывать. Нам надо знать больше, чтобы как-то гармонизировать алгоритмы техногенного освоения окружающего пространства с природными алгоритмами его вечного существования. Иначе мы так и будем вечно оставлять после себя бесполезное и нерациональное, разрушая ту «зону комфорта», в которой оказалась наша планета Земля совсем не случайно.

Далее в новой рубрике — интересный материал о закономерностях атмосферы, которые мы до сих пор не знаем и не используем во благо.

#ОКрасивыхЗакономерностяхОП

➡️ Подписаться на канал

❗️Пора учиться проектировать биосистемы

В информационном поле появилась новость о том, что проектная команда энергетиков, физиков и биологов ЛЭТИ отработала в лаборатории технологию изготовления анодов и катодов для аккумуляторов на основе цианобактерий. Однако ничего нового не произошло — это повтор того, что в 2022 году сделали англичане, а в 2023-м — инженеры тульского НИЦ «БиоХимТех».

В этом году наиболее интересные результаты получены в ходе испытаний системы на основе болотной ряски и ризофорных бактерий. Оказывается, такая биосистема способна не только вырабатывать энергию, но и одновременно очищать сточные воды предприятий от серы, целлюлозы, жиров и других загрязнений практически без затрат, а также эффективно использовать потенциал заболоченных территорий и рисовых чеков.

Этого мы пока делать не умеем. Хотя в других странах уже планируют ежегодно получать с площади 100 кв. м до 2 800 кВт·ч для подачи питания на насосы, зарядные станции, источники света, сенсорные сети и датчики.

Уникальная способность растительных организмов генерировать биоэлектрические потенциалы дает основание для развития в биологии нового научного направления — синтетической биологии, в рамках которой в университетах страны уже начали читать лекции о проектировании очистных сооружений в различных климатических условиях. В итоге когда-нибудь у нас должна получиться мобильная и компактная производственная биосистема, которая в условиях российского природно-климатического ландшафта будет функционально устойчивой, полезной и рациональной. Никаких отходов и негативных последствий. Это соответствует нашим правилам ведения хозяйственной деятельности.

❓Будет ли кто-то в России создавать такие биосистемы, пока непонятно, так как никто из инвесторов и заказчиков подобных целей и задач ученым не ставит. Возможно, это связано с низким уровнем знаний о возможностях биологии и отсутствием специалистов, способных проектировать биологические системы с заданными свойствами и функциями.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

⚡️О пользе промышленных химикатов

Кислоты, оксиды, соли и органические соединения считаются промышленными химикатами, которые якобы способны повысить производительность и сократить затраты при изготовлении основного продукта.

На самом деле это совсем не так. Например, для производства одной тонны алюминия требуется 30 кг такого химиката, как фторид алюминия. За год только для АО «Русал» этой соли требуется изготовить более 100 000 тонн. При этом еще в 2010 году томские ученые установили, что «традиционная» технологическая схема производства фторида алюминия является грязной и нерентабельной. Из семи операций технологического процесса три необходимы для очистки, сбора отходов и их складирования. По экономической эффективности производства химикаты также не на высоте. Например, если 15 лет назад себестоимость фторида алюминия была на уровне $1 183 за тонну, то пермские ученые в 2024 году пообещали создать технологию с себестоимостью, не превышающей $1 150 за одну тонну. В обоих вариант получается дороже, чем на мировом рынке продаж этого химиката.

Делаем вывод, что практически ничего нового для электрометаллургии химики не создали и тем более не внедрили. Единственным отличием двух этих бесполезных работ является источник исходного сырья. В первом случае используется природный флюоритовый концентрат, а химики ПНИПУ предложили использовать отходы производства фосфорных удобрений. Кстати, более рациональный вариант регенерации фторида алюминия из отходов предложили иркутские ученые еще в 2004 году. Таким образом, и в этом случае ничего нового не создано. Все копируется.

Складывается впечатление, что современное поколение «ученых» самостоятельно установили для себя срок давности научных публикаций. По их правилам получается, что если прошло 20 лет со дня публикации статьи, то можно повторно провести аналогичные исследования по данной теме за грантовые деньги и заявить уже о своих результатах на сайте «Научная Россия». Все равно технологи промышленных предприятий этого не читают, а эксперты при приеме результатов работы руководствуются своими правилами.

⚡️По мнению экспертов портала «Техносфера, подъем!», этот пример работы химиков ПНИПУ достаточно четко показывает все несовершенство грантовой системы финансирования научных исследований, порождающей только безответственность ученых и полное пренебрежение к работам своих коллег старшего поколения.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

⚡️О содержании хлора в пространстве

Зеленовато-желтый хлор стал известен 250 лет назад. И только сейчас томские ученые научились определять его минимальное содержание в воздухе. Это научный успех, и он дает возможность выполнить две прикладные задачи.

💚Во-первых, решается вопрос постоянного мониторинга атмосферы Земли. До сих пор ученым непонятен природный механизм образования больших концентраций атомов хлора в атмосфере. Считается, что его источником могут быть либо песчано-морские аэрозоли в Атлантике, либо циклические изменения концентрации молекулярного хлора днем и ночью вызывают солнечный свет и озон Арктики. Поэтому наличие высокочувствительного анализатора уровня концентрации хлора в атмосфере Земли имеет важное практическое значение для грамотного проектирования технических комплексов и предсказательного освоения еще необжитого пространства без негативных последствий.

💚Второй задачей для будущего «анализатора хлора» становится заблаговременное оповещение человека о приближении аномалии, что дает дополнительное время для организации системы защиты как живых, так и техногенных систем. Дело в том, что из-за необычной особенности наших обонятельных нейронов мы принимаем запах одного и того же вещества в зависимости от его концентрации в воздухе или за аромат цветка, или за гниль. Из-за этого не можем четко определить остроту своего обоняния и его пороговые значения. Значит, для обеспечения защиты человека от хлора требуется либо отказаться от работы с этим газом, либо создавать высокочувствительные сенсоры для определения его минимальной концентрации и оперативной нейтрализации источника опасности. Пока ученые этого не сделают, мы так и продолжим слепо следовать усредненным «нормам ПДК» в ожидании очередных отравлений.

Что касается защиты бетонных конструкций и дорожного полотна от разрушения из-за проникновения в их структуру различных хлоридов, то здесь у нас вообще нет методов раннего предупреждения о начале процесса изменения структуры вещества. Сколько молекул этого газа должно накопиться в дорожном полотне или внутри бетонного столба, чтобы начался процесс их разрушения, мы не можем определить с помощью существующих газоанализаторов (типа Колион-701 и др.). Для проектных работ нужны нормативно установленные пороговые значения именно той концентрации молекул хлора в материалах технических устройств, после превышения которой начинается процесс окисления. Только так мы сможем остановить процесс разложения вещества на самой первой стадии, когда это еще возможно.

Поэтому продолжение работы томских ученых позволит успешно выполнить эти прикладные проектные задачи. Желаем успехов и ждем информации об испытаниях прототипа высокоточного анализатора.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

❗️В нашей новой рубрике «О красивых закономерностях окружающего пространства» для проектного сообщества и исследователей представляем информацию о закономерностях атмосферы Земли. Их пока три.

💙Первая закономерность. Накопленные знания о строении и составе атмосферы позволяют представить ее образ в виде многослойного фильтра, отсекающего на каждом этапе вредное и бесполезное излучение и оставляющего в конце пути потока солнечного света только 20% того спектра, который способен сформировать необходимый для жизни кислородный комплекс. Именно излучение света с длиной волны 680 нм дает микроорганизмам и растениям способность к фотоориентации, а человеку — ежедневно не менее 15 кг воздуха для переработки примерно 1,5 кг пищи и 2,0 литров воды. Первая закономерность как раз состоит в том, что атмосфера задает нам ритм дыхания для выживания: примерно 20 тысяч вдохов и выдохов на человека. При проектировании технических комплексов мы это не учитываем. Например, стандартная транспортная система с сотней пассажиров на борту за час полета «вдыхает» из атмосферы более 600 тонн воздуха для переработки 15 тонн керосина. По всем расчетам, пассажиров в такой системе должно быть не менее сорока тысяч. Если мы не можем изменить принципы использования химической энергии, значит, надо как-то компенсировать такие потери воздуха за счет, например, использования энергонасыщенных материалов, не требующих при горении атмосферного кислорода. Надо думать.

💙Вторая закономерность атмосферы связана с цикличностью колебаний параметров циркулирующих в ней воздушных потоков. Пока ученые определили, что периоды колебаний скоростей воздушных потоков, их температуры, давления и влажности могут изменяться в одном регионе каждую минуту, в другом — через месяц или год, а где-то параметры изменяются только через столетие. Эти закономерности в технических заданиях мы «усредняем» или вообще не учитываем. Хотя все необходимые модели расчета движения потоков во времени ученые уже создали и апробировали по регионам. Поэтому проектант должен владеть методами гидродинамических расчетов параметров циркуляции атмосферы в том регионе, где планируется разместить проектируемый технический комплекс. Без этого мы не сможем выбрать стойкие к атмосферным нагрузкам материалы, не обеспечим надежность источников энергии, а система управления объектом всегда будет несовершенной.

💙Третья закономерность атмосферы Земли заключается в устойчивости ее идеальной структуры. Это дает возможность выявлять причины аномалий в атмосфере не эмпирическими методами, а количественно, оценивая полезность или бесполезность функционирования каждого ее слоя в конкретном районе планеты такими величинами, как эксергия (полезная работа света) и анергия (бесполезная работа света).

Надо отметить, что это очень даже универсальные методы оценки полезности, и они могут заменить при проектировании технических систем такие традиционные и нерациональные понятия, как «эффективность», «производительность», «продуктивность», «плодородие», которые взаимно не согласованы и даже не имеют метрологического обеспечения.

Надо полагать, что фильтрующая функция атмосферы всегда будет оставаться стабильной в том случае, если, как отмечал в 19-м веке русский мыслитель С. И. Подолинский, мы своим трудом будем создавать только полезный продукт и только по рациональным технологиям. Иначе будущим поколениям нечем будет дышать.

Следующая информация — о закономерностях земной области пространства. Там еще интересней.

#ОКрасивыхЗакономерностяхОП

➡️ Подписаться на канал

⚡️Я люблю нефть, я люблю газ

Образ нефтяной скважины ассоциируется у нас не только с пачкой денег и большими налоговыми поступлениями в казну, но и еще с какой-то тайной о привозной воде, авариях и засоленности территории освоения. Мы мало знаем о технологиях нефтедобычи. Говорят, что нам навязали их более ста лет назад, вот мы и страдаем от их несовершенства.

Неожиданно, например, узнаем, что где-то в томском нефтедобывающем регионе у нас есть земли, где после грубого освоения методом гидроразрыва пласта биота уже не способна к самовосстановлению. Для рекультивации таких зон бедствия Томский биологический институт предлагает проектному институту нефти и газа самый «экономный» из всех возможных вариантов — «мелиоративный метод» очистки грязных территорий от хлорид-ионов. Возможно, что засыпка соленых почв гипсом и посев клевера как-то поможет, но вся надежда ученых на успех связана с обильными дождями и глубокими снегами. Получается, это все, чем ученые могут помочь своему региону после бестолкового освоения его территории нефтяниками. После такой информации уважение к этой профессии напрочь пропадает.

Складывается впечатление, что инженеры-нефтяники даже не знают о том, что все их скважины по своим свойствам схожи с колодцами для отбора воды. Сколько бы мы ни взяли из такого колодца, через определенное время скважина опять наполнится ценным природным продуктом.

И не надо, как говорится, плевать в свой колодец, разрывая пласты земли, заливать ее кислой водой или вечно бетонировать скважину только для того, чтобы продать кому-то еще один дополнительный баррель нефти. Предлагается просто услышать ученых, которые к тому же научат считать баланс между объемом отбора нефти и объемом ее образования в подземной «углеводородной ловушке».

Сегодня ученые-нефтяники признаются, что мы неправильно строили, эксплуатировали и консервировали скважины только потому, что не знали и не ведали, что процесс формирования нефти и газа в природной системе происходит с характерным 30–40-летним циклом по механизму «геосинтеза» подземных вод и углекислого газа с попутным образованием кислорода и водорода. Все это подтверждено на примерах восстановления конкретных месторождений после 30-летних перерывов в их эксплуатации.

⚡️По мнению экспертов портала «Техносфера, подъем!», новому поколению инженеров-нефтяников придется изменить устаревшие правила эксплуатации нефтегазовых хозяйств. Во-первых, очевидно, будут навсегда забыты методы гидроразрыва пласта, разрушающие естественные природные «ловушки» нефти и газа. Во-вторых, темпы извлечения нефти из недр не будут превышать темпов ее естественного пополнения. В-третьих, уже сейчас ясно, что транспортировка нефти и газа на тысячи километров от скважин является затратной как для поставщика, так и для потребителя.

Поэтому для сохранения природного баланса на российском пространстве выгоднее будет торговать не углеводородами на биржах, а продуктами ее переработки непосредственно в месте добычи на ярмарках. А это означает, что пора начинать проектировать компактные и мобильные комплексы, размещаемые вокруг скважины, для одностадийной переработки углеводородов в множество полезных продуктов. К сожалению, этому у нас в университетах не учат. А надо бы.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

❓Красный или белый

Сотрудники ГЕОХИ им. В. И. Вернадского начали выражать свое беспокойство по поводу критически важного «элемента жизни» — фосфора. По их расчетам, оказывается, что существующий порядок добычи фосфорного сырья и его экспорта приведет к его полному дефициту в стране через 50 лет. С другой стороны, ученые Сибирского университета еще в 2010 году сообщали, что существующая сырьевая база апатитов и фосфоритов в стране всегда может быть расширена за счет четырех из восьми открытых месторождений Красноярского края и Хакасии. Кроме этих внушительных запасов фосфатного сырья в работу по получению любых модификаций фосфора (красного или белого) могут быть вовлечены отходы сжиженного диоксида серы комбината «Норникель». А еще у нас есть Егорьевское, Вятско-Камское и Полпинское месторождения фосфоритов. Таким образом, материальные ресурсы в стране огромные. При этом чистый фосфор мы до сих пор покупали у «недругов».

Очевидно, что такая неопределенность вызвана отсутствием научно обоснованной концепции освоения этого ресурса во времени. А это уже ответственность Академии наук, а не отдельных научных школ. Без единого понимания модели освоения ресурса всё, что будет создаваться различными организациями в собственных интересах, окажется временным, затратным и неустойчивым.

На практике оно уже так и получается. Например, по заказу Минпромторга России предприятие «Росатома» разрабатывает технологию переработки красного фосфора в высокочистый белый для микроэлектроники. Так как в работе участвуют химики РХТУ, то скорее всего за основу будет принят их метод, запатентованный еще в 1997 году. Где разместят эту технологию после окончания НИР в конце 2025 года, еще не понятно.

В Татарстане решили по-своему. Там строится завод по производству желтого фосфора и фосфорной кислоты. О технологии не сообщается, но исходное сырье в Елабугу решили возить из Мурманской области. Но это же явное нарушение территориально-сырьевого принципа размещения производства, который убедительно обосновал еще в конце 19-го века Д. И. Менделеев. Современные ученые объясняют размещение завода на расстоянии более 2,5 тыс. км от источника сырья тем, что в Казани когда-то была «всемирно известная научная школа фосфооргаников». Это даже не смешно.

⚡️По мнению экспертов портала «Техносфера, подъем!», в условиях такой разобщенности научных школ для проектанта важно найти разумный вариант. Таким может быть предложение ученых Московского государственного горного университета о создании непосредственно у источников сырья мобильных и компактных технических комплексов для получения нужных соединений фосфора, что полностью исключает транспортные затраты, а производительность технологии становится регулируемым параметром.

Надо полагать, что этот вариант может быть принят за основу при разработке так необходимой проектантам Концепции освоения фосфатно-сырьевой базы России.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

⚡️Ваши отходы – наша радость

В университетах страны продолжаются исследования под лозунгом «ваши отходы – наш ресурс развития». С начала года студенты придумали уже 15 вариантов применения производственных отходов, о которых мы писали ранее на портале «Техносфера, подъем». По нашей информации, ни одно из предложений, к сожалению, до сих пор не реализовано. На данный момент, были выделены гранты, оформлены статьи и получены патенты, но «воз и ныне там».

В июле в уральских университетах были разработаны ещё 3 инновационных решения, связанные с использованием отходов. Оказалось, что полезные продукты можно получать из пыли металлургических предприятий, а также из отходов содового производства. Более того нашлось ещё одно применение остаткам газобетонных блоков. Всё это достаточно крупнотоннажные отходы и их длительное хранение на предприятиях не только затратно, но и опасно.

Студенты ПНИПУ предложили использовать хлорсодержащий шлам «белых морей» содовых производств в качестве укрепляющего элемента полотна дорог. Полезность и рациональность своего предложения ещё предстоит доказать. Идея не является инновационной, так как этот метод был выбран в качестве основного ещё в 2020 году при формировании планов рекультивации шламонакопителей в Березниках.

⚡️Эксперты портала «Техносфера, подъем» считают, что есть более эффективный способ обращения с отходами содовых шламохранилищ, чем просто закапывание в землю карбоната магния и кальция с примесями хлора. В 2021 году один из таких методов был представлен уральскими биологами на лекциях пермским студентам.

Будущий негатив от распространения в придорожных грунтах хлор-иона очевиден, даже если всё засыпать золой. Необходимо объединить усилия с биологами и создать собственную технологию переработки отходов в ферменты, востребованные в промышленности.

Надеемся, что полученная дополнительная информация поможет студентам и молодым ученым при разработке собственных методов превращения отходов предприятий в ресурс технологического развития. Мы уверены, что молодое поколение будет приносить ещё больше радости пользы, если овладеет навыком проектирования безотходных технологий, а не станет рекомендовать перемещать отходы из точки А в точку Б.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

❗️О базовых признаках земной поверхности

Закономерности космического пространства и атмосферы Земли, о которых мы говорили в предыдущих публикациях рубрики, естественным образом влияют на процессы формирования и поведения «земной тверди». Назовем три ее основных признака.

1️⃣ Неоднородность природно-климатических ландшафтов земли, разнообразие структур которых обусловлено избирательной способностью каждого их элемента поглощать не весь объем солнечного излучения, а только свойственное им пороговое число фотонов. Поэтому каждый участок осваиваемой человеком территории имеет свой собственный биоэнергетический потенциал и степень структурной организованности, количественные значения которых необходимы проектанту для исключения производственных издержек, вызываемых, как принято считать, «случайными авариями».

2️⃣ Наличие в структуре земной поверхности базового компонента — живого покрова Земли, элементный состав которого остается всегда постоянным за счет так называемого некротического метаморфоза, когда в результате ритмического повторения явлений и событий одни элементы гибнут, а другие начинают жить. Такой динамически замкнутый круговорот веществ, энергии и информации обеспечивает устойчивость функции жизнеобеспечения. Для регулирования взаимоотношений между элементами покрова существуют три природных механизма поддержания устойчивости их совместного сожительства:

▶️ взаимно полезное для всех;
▶️ полезное для одного элемента и безразличное для другого;
▶️ полезное для одного и вредное для другого элемента.

Учитывая, что человек является одним из элементов живого покрова Земли, то вся регулирующая, направляющая и перестраивающая сила разума инженера-проектанта должна быть направлена на встраивание в природный ландшафт своего «рабочего места».

3️⃣ Производящая функция «кормилицы». Земля в России считается особым пространством, дарующим все необходимые для жизни блага и энергетику. Все, что вырастает на земле, формирует мировоззрение человека, его культуру, определяет тип хозяйственной деятельности и образ жизни. Природно-географические факторы и климатические особенности, окружающие человека, становятся координатной сеткой для понимания цели в жизни, основой его менталитета. Поэтому земля воспринимается как своя территория, она метится, ограждается и оберегается всеми доступными способами и технологиями. Все, что связано с засорением, захламлением и порчей земли, является противоестественным и наказуемым.

Знание хотя бы этих трех признаков «земной тверди» позволяет превратить процесс грубого освоения пространства в благородную работу по его рациональному осваиванию.

В следующей публикации сформулируем для проектанта базовые признаки подземной зоны пространства Земли, а затем водной и подводной его областей.

#ОКрасивыхЗакономерностяхОП

➡️ Подписаться на канал

⚡️Сотрудники Самарского университета им. Королёва и частной космической компании «СПУТНИКС» (входит в Sitronics Group) создали наноспутник с рекордной остротой гиперспектрального «зрения». С помощью космического аппарата можно будет с беспрецедентной точностью следить за экологической обстановкой, определять состояние здоровья растений, оценивать запас влаги в почвах и оперативно обнаруживать лесные пожары.

Благодаря такой уникальной технической системе мы получаем доступ к информации за пределами видимого диапазона, так как гиперспектральное «зрение» видит пространство в многоканальном спектральном отображении. На основе этих спектров алгоритмы автоматической классификации могут генерировать изображения с ложным цветом и выявлять невидимые для человека характеристики и свойства объектов. Например, определять, какое из двух зерен живое, а какое мертвое, или отличать разные по плотности, но одинаковые по цвету материалы.

На основе данных, которые будет передавать с орбиты наноспутник с гиперспектрометром, ученые Самарского университета планируют обучать команды российских школьников основам анализа и обработки гиперспектральных изображений. Проект реализуется при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках научно-образовательного проекта Space-Pi программы «Дежурный по планете».

Наноспутник создан на базе платформы собственной разработки инженеров космической компании «СПУТНИКС». Она специализируется на создании высокотехнологичных спутниковых компонентов и технологий для малых космических аппаратов, а также сервисов на их основе.

«Аппарат весит всего 12 килограммов, он оснащен системами управления, питания, связи, ориентации и гиперспектрометром в качестве полезной нагрузки. Наноспутник формата кубсат состоит из шести юнитов, размер каждого — 10×10×10 см. Со сложенными панелями солнечных батарей он занимает всего 10×20×30 см»,

— рассказал «Стимулу» генеральный директор компании Владислав Иваненко.

Аппарат уже собран, завершена интеграция полезной нагрузки, он прошел функциональные испытания, впереди — предполетная подготовка. Готов к работе на орбите и самарский гиперспектрометр. Его разрешающая способность превышает показатели многих гораздо более крупных как российских, так и зарубежных космических аппаратов гиперспектрального мониторинга Земли. Наноспутников со столь острым гиперспектральным «зрением» в России еще не было.

Подробнее читайте в «Стимуле».

➡️ Подписаться на канал

⚡️В Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» разработали нейтронный анализатор горных пород — уникальное устройство, предназначенное для определения химического состава образцов различной природы. Разработку представили на форуме «Армия–2024».

Прибор способен определять процентные доли химических элементов в составе горной породы, облучая образец быстрыми нейтронами. Устройство обладает рядом преимуществ перед аналогами: время анализа образца занимает всего 30 минут, причем благодаря высокой проникающей способности нейтронного излучения элементный анализ (объемный и неразрушающий) проходит по всему объему образца. Кроме того, прибор позволяет определять наличие в образце легких элементов, таких как водород, бор или хлор.

Новая разработка может применяться в горнодобывающей и нефтяной промышленности, в металлургии, а также в научных исследованиях.

Как рассказал инженер кафедры прикладной ядерной физики НИЯУ МИФИ Олег Чакилев, нейтронно-радиационный метод основан на измерении спектров вторичного гамма-излучения, возникающего при облучении породы нейтронами. В результате первых соударений нейтронов с ядрами атомов горной породы начинается так называемое неупругое рассеяние нейтронов, при котором они замедляются, передавая бóльшую часть энергии на возбуждение ядер атомов мишени. В результате ядра начинают излучать гамма-лучи, спектр которых является индивидуальной характеристикой атомов.

❗️Но на этом взаимодействие нейтронов с атомами образца не кончается. Процесс замедления быстрых нейтронов в ходе неупругих взаимодействий длится несколько десятков микросекунд. Затем в веществе горной породы возникает излучение тепловых нейтронов. Замедлившись до тепловой энергии, нейтроны захватываются ядрами элементов и переходят в возбужденное состояние.

Время жизни тепловых нейтронов — около 100 микросекунд. Последствием радиационного захвата теплового нейтрона ядром атома также является немедленное излучение гамма-квантов. Спектр гамма-излучения радиационного захвата — тоже индивидуальная характеристика атомного ядра.

Гамма-излучение неупругого рассеяния и радиационного захвата от образца регистрируется сцинтилляционным детектором на основе кристалла бромида лантана. При взаимодействии гамма-излучения с веществом детектора образуются вспышки света, которые с помощью фотокатода преобразуются в электроны. Далее происходит процесс лавинного размножения электронов в фотоэлектронном умножителе: первичный сигнал умножается в несколько тысяч раз, благодаря чему образуются электрические импульсы. Они фиксируются электронной аппаратурой, позволяя измерять характеристики гамма-излучения.

Подробнее читайте в «Стимуле».

➡️ Подписаться на канал

❗️Пермская научная школа биотехнологий

Интерес к знаменитой пермской школе биологов вызван сегодня не только их новыми и полезными для всех научными результатами, но и тем, что в 20-х годах прошлого столетия здесь сформировалась необычайно яркая группа молодых ученых, положивших начало изучению живого покрова Земли.

Сто лет назад благодаря научным исследованиям В. Н. Беклемишева, А. А. Заварзина, А. Г. Генкеля, А. А. Любищева, П. Г. Светлова и Ю. А. Орлова в Перми зарождались биологические знания о почвенном покрове и организации жизни во всех его ярусах. Основными результатами работы группы надо считать полную ликвидацию в стране малярии, а также открытия в ботанике, гистологии, физиологии, морфологии, теории эволюции, палеонтологии и вирусологии. А капитальный двухтомный труд В. Н. Беклемишева «Основы сравнительной анатомии беспозвоночных» до сих пор остается настольной книгой зоологов и палеонтологов.

Отрадно, что с той поры ученые-биологи Перми продолжают безостановочный процесс генерации знаний и создают новые биотехнологии, благодаря которым успешно решаются конкретные практические задачи общества как по предотвращению загрязнения почвы в производственных зонах, так и для получения ценных продуктов из природного сырья.

Впечатляет совместная работа пермских биологов с учеными БФУ им. И. Канта, в рамках которой создана биотехнология получения одновременно четырех полезных продуктов из водорослей Балтийского моря. Получается, на входе мы имеем устойчивый источник сырья и чистый берег моря, а на выходе — не только биоэтанол и полисахариды для фармакологии, но и еще высоковязкую нефть и угольный сорбент.

На портале «Техносфера, подъем!» мы уже отмечали и некоторые совершенно новые исследования пермских биологов, раскрывающие потенциал промышленного использования биомассы микроорганизмов, способных в экстремальных условиях перерабатывать отходы содовых производств и очищать фенольные воды.

⚡️Эксперты считают, что грамотное применение таких «бактерий-экстремалов» в биотехнологиях позволит в ближайшие годы ликвидировать хранящиеся десятками лет на территории Пермского края источники опасностей, рекультивировать почву территорий производственных зон промышленных объектов Урала, а также превратить отходы шламонакопителей и отвалов в ресурс развития предприятий страны.

Несомненно, что для такой работы в помощь пермским биологам требуется не одноразовый грант, а грамотный заказчик и высокоинтеллектуальный инвестор. И такие у нас в стране уже есть. Мы писали об уникальных технологиях переработки отходов с общим названием EFIR, в перечень которых могут быть добавлены и биотехнологии пермских ученых.

Желаем им успехов и плотного взаимодействия с инвестором.

#ОНаукеиТехнологиях

➡️ Подписаться на канал

⌨️ Дайджест научных достижений и инноваций России за прошедшую неделю (12-18 августа)

📍МОСКВА
💙Полнофункциональный макет Беспилотной авиационной системы «Атлас» представил Бауманский университет на Международном военно-техническом форуме «Армия-2024».

💙Ученые Университета МИСИС предложили новый вариант сплава для аэрокосмической и автомобильной промышленности.

📍МОСКОВСКАЯ ОБЛАСТЬ
💙Специалисты ЦАГИ провели испытания тематической модели отсека крыла с импеллерной распределенной силовой установкой.

📍САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
💙Специалисты СПбГУ и «Газпром нефти» совместно с командой научных партнеров разработали уникальную методику, которая позволит улучшить точность контроля добычи нефти и газа.

💙Ученые СПбГЭТУ «ЛЭТИ» с помощью «цифровых двойников» (виртуальной модели физического объекта) создали источник бесперебойного питания для электроснабжения Арктической зоны.

📍ПЕРМЬ
💙Новый метод очистки лопаток газотурбинных установок с помощью раствора кислот и ультразвука разработали ученые ПНИПУ.

💙Ученые ПНИПУ предложили производить целлюлозу высокого выхода, необходимую для изготовления картона, различных видов бумаги, включая упаковочные материалы, санитарно-гигиеническую продукцию и бумагу для печати, из отходов деревообрабатывающих и целлюлозно-бумажных предприятий.

➡️ Подписаться на канал