Из Томска с наукой Как Томский политехнический университет ищет «метановые бомбы» и открывает «водородную долину»

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.

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».

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.

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.

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.

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».

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.