Николай Ульяновский с 2010 занимался исследованием районов падения отработанных первых ступеней ракет-носителей, запускаемых с космодрома Плесецк, и изучал процессы трансформации ракетного топлива на основе 1,1-диметилгидразина. Два года назад он защитил докторскую диссертацию по результатам своей работы. В нашем интервью самый молодой доктор химических наук Северного (Арктического) федерального университета рассказывает, как он пришёл в эту работу, чем приходилось заниматься во время исследований и какие результаты были открыты научному миру.
Когда началась ваша работа по изучению влияния ракетно-космической деятельности на окружающую среду?
Я пришёл работать в САФУ в 2010 году, и тогда уже на Кафедре теоретической и прикладной химии проводились работы по оценке воздействия космодрома на экологическое состояние объектов окружающей среды. Данные исследования были сопряжены с необходимостью проведения экспедиций на территорию, выделенную для приема отработанных ступеней. Для этого заключался договор на аренду вертолета, так как другими способами до районов падения в нашем регионе не добраться. Экспедиция занимала один, максимум два дня. Вылет обычно назначался на раннее утро, при условии благоприятных погодных условий, и в течение дня проводился облет интересующего нас района. Если обнаруживали фрагменты ракетно-космической техники, проводили фиксацию их местоположения. Там, где это было возможно, проводили высадку и отбирали образцы природной воды, почв и растений. По возвращении максимально быстро, за два-три дня, проводили анализ. Это обусловлено свойствами используемого ракетного топлива, а именно его способностью к быстрому окислению. Длительное хранение может приводить к получению заведомо искажённых результатов. При проведении экспедиционных работ мне приходилось отвечать за предварительную подготовку всего необходимого для отбора: контейнеры для образцов, маркировка, консервация и т. д. Также участвовал в проведении химического анализа, тогда я впервые столкнулся с методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, который в дальнейшем оказал существенное влияние на мою исследовательскую деятельность.
Не было страшно за своё здоровье, когда вы шли на такую работу?
Тут, как и в любой другой работе, самое важное — соблюдение техники безопасности. В нашем случае это противогазы, одноразовые перчатки, хорошая вытяжка, не работать с высокими концентрациями. Я не особо задумывался о воздействии на своё здоровье, тогда меня волновали другие вопросы. Как часто бывает у молодых исследователей, тема казалась избыточно изученной. У меня было предубеждение, что ничего нового сделать нельзя. Погружение в эту тематику показало, что большинство работ по изучению трансформации ракетного топлива выполнены для территорий, подверженных воздействию со стороны космодрома Байконур. Полученные результаты сложно перенести на наш регион — различия в климате, типах почв (песчаные там и болотные торфяные у нас) сильно влияют на механизмы протекающих процессов. Вдобавок, мы впервые применили наиболее современный и информативный метод масс-спектрометрии высокого разрешения к изучению химических превращений гидразинов. Мы получили настолько большой массив новых интересных данных, что я понял — в любой науке можно найти что-то интересное, за что-то зацепиться и развивать это направление, нет такого, что до меня всё сделали и ничего нового получить уже нельзя.
Наши и научные и экспедиционные исследования подтверждают, что масштабного воздействия упавших ступеней ракет-носителей нет, загрязнение носит локальный характер. Да, мы наблюдаем высокие содержания 1,1-диметилгидразина и ряда продуктов его окисления, которые сохраняются десятилетиями. Однако данные соединения не распространяются по территории, а эффективно связываются почвой. Торф — это такой природный сорбент для гидразинов. Мы отбирали образцы почв на разном удалении от эпицентра падения отработанной ступени и с разной глубины, смотрели на распространение топлива и продуктов трансформации. Уже на удалении 10 метров от края воронки мы практически ничего не обнаруживаем. Также есть пример, когда мы в течение нескольких лет прилетали к одному и тому же месту падения, отбирали почву. Анализ показывает, что содержание гидразинов практически не меняется. С одной стороны, это хорошо, токсичное топливо связывается и не распространяется. С другой, могут возникнуть условия, приводящие к вторичному загрязнению: связанный 1,1-диметилгидразин может десорбироваться и мигрировать с природными водами, расширяя тем самым ареал загрязнения.
Какие есть предубеждения насчёт отравления у местных жителей?
Когда я начал работать с этой тематикой, то столкнулся с тем, что у жителей бытуют предубеждения и байки, насчёт опасности деятельности космодрома Плесецк. Но основная проблема не в таких слухах, а в том, что местные жители забирают из районов падения фрагменты ступеней и используют их для своих хозяйственных нужд. Как ни крути, а это легкий и качественный металл. Чтобы его достать, приходится контактировать с загрязненной почвой. Особенно, если это происходит в первые дни после запуска ракеты, когда топливо еще не окончательно сорбировалось. В данном случае люди не задумываются о повышенной опасности. Помимо этого, почвы и растительность районов падения подвергаются механическому воздействию, также могут возникать локальные возгорания при смешении остатков топлива с окислителем. Но от этого воздействия жители защищены, их заранее предупреждают о времени запуска и районы падения закрываются для посещения.
Какие выводы вы сделали по итогам десяти лет своей работы?
Один из главных выводов заключается в том, что в течение многих лет доминировали ошибочные взгляды на проблемы использования ракетного топлива на основе 1,1-диметилгидразина. Всегда считалось, что при попадании в окружающую среду образуется пара-тройка десятков продуктов трансформации, и они не опасны. Соответственно, в целях детоксикации загрязнённые объекты (почва, вода) обрабатывали окислителем, а оценка эффективности такой технологии проводилась по остаточному количеству исходных гидразинов. Продуктам, образующимся в ходе взаимодействия топлива с такими окислителями, должного внимания не уделялось. Мы обнаружили, что окислители не всегда делают свою работу так, как описывается в литературе. Они ускоряют процессы трансформации, результатом которых выступают соединения, которые могут не уступать, а в ряде случаев даже превосходить по токсичности применяемое ракетное топливо. Концепция по упрощению схемы окислительной трансформации 1,1-диметилгидразина приводит к ошибочным выводам при создании новых технологий детоксикации, а также при оценке экологического состояния объектов окружающей среды. У нас также есть перспективные наработки в этом направлении. Мы показали, что одним из наиболее эффективных способов удаления гидразинов без образования значимых количеств побочных продуктов — это окисление в сверхкритической воде. Данные процесс проводится в очень жёстких условиях: вода нагревается до температуры 500–600 °С при давлении на уровне 500 атмосфер, в таком состоянии она становится крайне сильным окислителем. Такой способ полностью отвечает требованиям «зеленой» химии и часто находит применение для превращения опасных отходов в безопасные газообразные продукты. Нам удалось добиться полной ликвидации 1,1-диметилгидразина, при этом образующиеся сточные воды соответствуют всем нормативам по сбросам. На почвах такой способ детоксикации тоже работает, но он ограничивается объемами торфа и логистическими ограничениями доставки его на промышленную площадку, где можно провести детоксикацию. Возможно, пока ракетное топливо надежно связано в болоте, то лучше данную проблему не трогать. По крайне мере до того момента, когда появятся новые и эффективные технологии по устранению негативного воздействия, возникающее в результате хозяйственной деятельности человека, на экологическое состояние объектов окружающей среды.
Автор: Анна Попова
Источник: https://vk.com/@safuarh-uchenye-safu-zanimautsya-izucheniem-ekologicheskih-posledstv