Молодой омский ученый рассказал о том, как из одного вещества «по щелчку пальца» можно получить совершенно новый продукт и при чем здесь химия.

РИА «Омск-информ» продолжает серию публикаций, посвященных Дню химика. В этом году он отмечается 29 мая. Мы расскажем о настоящих профессионалах этой отрасли, которая стала одной из важнейших в современной экономике.

Сегодняшний герой нашего материала – кандидат химических наук, старший научный сотрудник Центра новых химических технологий Института катализа СО РАН Вячеслав Юрпалов.

Не секрет, что молодые люди неохотно идут в науку. Почему вы выбрали для себя карьеру ученого, изучающего фундаментальные химические процессы?

В 2013 году я окончил магистратуру ОмГУ им. Ф. М. Достоевского по специальности «органическая химия». По окончании магистратуры встал вопрос о продолжении научной карьеры, конечно, были разные варианты. Позже понял, что хочу разнообразить свой научный интерес, быть ближе к практике, при этом не бросая фундаментальные изыскания. Мой научный руководитель, Владимир Анисимович Дроздов предложил заняться научной работой в области катализа. В том же 2013 году я поступил в аспирантуру Института проблем переработки углеводородов СО РАН (ныне Центр химических технологий ИК СО РАН).

В 2017 году успешно защитил кандидатскую диссертацию, посвященную исследованию катализаторов. Ведущей организацией выступал Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова. После представления диссертационной работы на семинаре в МГУ на мою диссертацию был дан положительный отзыв.

Что входит в сферу ваших научных интересов?

Меня интересуют катализаторы, новые методики их исследования. В частности, изучаю катализаторы, которые используют при переработке растительных масел в топливо.

Часто ученому нужно понять, почему не работает тот или иной катализатор. И нужно что-то доработать, опробовать новые методики для синтеза и модификации катализаторов. Одним словом, занимаюсь фундаментальной наукой. Результаты наших совместных исследований с коллегами опубликованы в ведущих научных журналах химического профиля.

Объясните для простого обывателя: что такое катализатор и зачем он нужен?

Катализаторы – это вещества, которые ускоряют химические реакции, они позволяют получать новые соединения, продукты. Вы берете нефть, берете катализатор и получаете бензин. Те же не очень экологичные ароматические углеводороды – бензол, толуол – перерабатывают посредством катализаторов в более безопасный высокооктановый бензин. То, что в естественной среде происходит за годы, катализатор позволяет провести за секунды. В этом и есть «магия» химии.

Один и тот же материал может выступать катализатором в разных процессах. Например, один и тот же катализатор работает и с растительным маслом при его переработке в топливо, и при его использовании для переработки нефтяного сырья. Мы с коллегами изучали структуру такого катализатора. В этом заключается наш научный интерес. А если глубоко погрузиться в изучение возможностей конкретного катализатора, то можно найти более широкие варианты его применения.

Катализатор может иметь различные формы: порошок, черенки, гранулы, шарики и т. д. В рамках исследований мы объясняем, почему один катализатор эффективно работает с конкретным типом сырья, а другой вовсе не проявляет какую-либо активность.

Насколько инновационны ваши исследования? Современное оборудование – важный фактор при любой научной работе.

Мы используем современное оборудование, которое позволяет получать важные характеристики катализаторов и других веществ. Нельзя просто взять образец, поместить его в прибор, нажать кнопку и получить желаемый ответ: «хороший» или «плохой» это катализатор. Вещество нужно правильно подготовить к эксперименту, подобрать условия для записи спектров – числовых и графических данных, содержащих в закодированной форме нужную информацию. Эти данные мы изучаем, они обрабатываются в электронном виде с помощью специальных программ для моделирования и определения характеристик исследуемых веществ. Все необходимое для этого оборудование и навыки работы у нас имеются.

Можно ли сказать, что вы работаете с наноструктурами буквально на уровне молекул?

Можно сказать и так. Попытаюсь привести простой пример. Человеческий организм – это целый завод, который в том числе проводит переработку пищи в энергию. Например, для переработки жиров используются ферменты – те же катализаторы. Однако в большом по размеру ферменте может присутствовать только один небольшой активный центр, перерабатывающий жировую молекулу.

Так же и промышленный катализатор: может иметь малое количество расщепляющих целевые вещества активных центров на своей поверхности, то есть он является недостаточно эффективным для переработки сырья. И чаще всего мы пытаемся добиться, чтобы таких центров стало больше либо чтобы они расщепляли только конкретные вещества. Вводя различные добавки в катализатор, мы можем менять количество и тип таких центров. Например, один центр катализатора будет расщеплять нефтяное сырье до бензина, а другой – до дизельного топлива.

Наука – это еще и обмен информацией с другими учеными, научными институтами и странами…

Любой ученый много времени тратит на чтение современных научных публикаций. Часто приходится их читать на английском языке, то есть необходимо хорошее знание иностранного языка. Также мы публикуем свои работы в международных журналах, которые читают и у нас, и за рубежом. В этом году у нас с коллегами вышла публикация о перспективных способах анализа катализаторов, предназначенных для переработки возобновляемого сырья, в престижном международном журнале.

У каждого ученого, который планирует защищать диссертацию, обязательно должны быть научные публикации.

Современный ученый – какой он: разработчик новых теорий или работающий исключительно на производство специалист?

Есть мнение в обществе, что ученый должен заниматься исключительно прикладной наукой, чтобы его разработки тут же внедрялись в производство. Это не совсем так. Приведу простой пример, в химии есть такая вещь – комбинаторный синтез, когда вы в параллельном режиме смешиваете множество разных веществ и анализируете результат, а затем выбираете тот материал, при котором получается целевой продукт. Такой подход существенно может экономить время, так как не требуется вникать в суть происходящих процессов. Но здесь есть ряд проблем: даже если вы подобрали оптимальные условия и пропорции веществ, при масштабировании (проведение процесса в промышленных установках) или изменении состава сырья реакция может уже не идти в нужном направлении, то есть материал перестает работать. Фундаментальная наука (знание о том, как работает катализатор) в свою очередь позволяет учесть множество переменных факторов и достаточно оперативно дать ответ, как наиболее просто и эффективно решить возникающие проблемы.

Наш институт плотно взаимодействует с нефтезаводом и другими промышленными предприятиями в рамках разработки новых и модернизации существующих катализаторов. То есть фундаментальная научная база очень важна, без нее мало что может получиться. Современный ученый должен стремиться к пониманию, как и почему работает материал, а не ограничиваться перебором. Тем не менее в некоторых направлениях научных исследований, называемых «поисковыми», такой подход вполне оправдан.

Не планировали ли покинуть Омск, уехать в другой город или страну, как сейчас поступают многие молодые российские ученые?

Мысли уехать были в студенчестве, когда я выбирал свой путь. Со мной учились талантливые ребята: один уехал во Францию, получил там ученую степень, другой защитил диссертацию в СПбГУ. Однако везде есть плюсы и минусы. За границей также есть своипроблемы. Руководитель моей дипломной работы в свое время стажировался в США, но тем не менее вернулся в Россию. Я же нашел себя здесь и не жалею.

Беседовал Сергей Энквист