В России разработаны новые уникальные экотехнологии
Экологические проблемы в последнее время всё острее стоят перед человечеством. Мы потребляем природные ресурсы, ведём активную хозяйственную и промышленную деятельность, которая часто создаёт угрозу для экологии. Понятно, что вернуться в XIX век, отказавшись от технического прогресса, уже нереально. Но можно создать технологии, которые позволят существенно снизить уровень экологической опасности. И это уже делается в России.
Фильтр из растений
Исследователи Белгородского государственного национального исследовательского университета (НИУ «БелГУ») совместно с экологами с Яковлевского горно-обогатительного комбината (ЯГОК) компании «Северсталь», а также специалистами Всероссийского научно-исследовательского института гидротехники имени Б.Е. Веденеева (г. Санкт-Петербург) и Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН (пос. Борок Ярославской области) разработали инновационную систему для доочистки сточных (шахтных) вод.
Стоки, образующиеся в результате различной промышленной и бытовой деятельности человека, нередко содержат в себе минеральные и органические примеси. Это могут быть частицы грунта, шлака, соли, кислоты, щёлочи, в том числе и нефтепродукты. Чтобы они не вредили экологической обстановке, необходимо очищать такую воду. Обычно это делают механическим путём или с использованием химреагентов. У этих методов есть свои недостатки, например осаждение солей и образование осадка.
Более эффективные способы очистки, такие как сорбция, экстракция, электролиз, отличаются низкой производительностью.
Но есть ещё и такой интересный метод, как применение биофильтров. Речь идёт о микроорганизмах, разлагающих органические соединения. Наиболее эффективны комбинированные методы очистки, выводящие из сточных вод все виды загрязнений.
По словам и.о. заведующего научно-исследовательской лабораторией обогащения минерального сырья БелГУ Семёна Гзогяна, новая технология предусматривает две ступени очистки. Это предварительная механическая и фитоочистка, для которой сотрудники лабораторий НОЦ «Ботанический сад НИУ „БелГУ“» подобрали подходящие прибрежно-водные растения, а также разработали способы их массового выращивания и размножения. Они образуют фильтрующую «подушку», позволяющую перерабатывать загрязняющие вещества.
– Сначала нами был собран испытательный лабораторный стенд, на котором мы провели серию экспериментов, подбирая фильтрующие материалы для очистки, – рассказал Семён Гзогян «Газете о России». – Затем на берегу пруда-отстойника Яковлевского ГОКа появилась полупромышленная фитоочистная установка. В настоящее время проводится подробный мониторинг её работы.
По мнению экспертов, такие сооружения могут служить до 25 лет.
Лазер – охотник за метаном
Ещё одна «шахтная» разработка – это лазер для выявления метановых утечек. Наверное, вы слышали, что в старину шахтёры при спуске в штольни брали с собой канарейку в клетке. Зачем? Птичка довольно быстро реагировала на присутствие скапливающегося под землёй метана – газа, не имеющего цвета, вкуса и запаха, но в большой концентрации взрывоопасного. Скопления метана довольно часто становились причиной гибели рабочих.
В наши дни помощь птиц уже не требуется – благодаря техническому прогрессу используются всё более современные методы.
Новая российская система позволяет быстро определять утечку метана на газопроводах, в шахтах и других подземных сооружениях.
Происходит это так. На одном конце подземного помещения или трассы включают лазерную установку, в то время как на другом конце детектор фиксирует это излучение в вольтах. Если присутствует утечка метана, то мощность сигнала сразу же снижается.
– Уникальность данной конструкции в том, что изменения температуры позволяют настраивать длину волны в диапазоне, требуемом для проведения анализа и диагностики окружающей среды, – объяснил доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Института физики микроструктур РАН Сергей Морозов.
Учёный также добавил, что стандартные квантово-каскадные и оптоволоконные лазерные установки функционировать в таком расширенном диапазоне не могут.
Сам лазер построен в Институте физики микроструктур РАН.
А полупроводниковый материал для лазера выращен в Институте физики полупроводников имени А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН. В его состав входят такие элементы, как кадмий, ртуть и теллур.
– Технология основана на контролируемом выращивании квантовых ям, – поведал «Газете о России» старший научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН, кандидат физико-математических наук Николай Михайлов. – Их число может доходить даже до 40-50. Кстати, кроме нас, такого пока в мире больше никто не делает.
Исследование проведено в ходе реализации научного проекта «Квантовые структуры для посткремниевой электроники» при поддержке Минобрнауки России.
Нейросеть распознаёт пестициды
Свою лепту в экологию вносит и искусственный интеллект. Так, учёные Тюменского государственного университета (ТюмГУ) разработали программное обеспечение, способное автоматически распознавать и измерять количество пестицидов, осевших на растениях.
Что такое пестициды, и то, что без них практически не обойтись в сельском хозяйстве, знают все. Это вещества (или смеси веществ), предназначенные для уничтожения вредителей, сорняков, возбудителей болезней растений, регуляции их роста и проч. Их применение помогает сохранить урожай, но вместе с тем вызывает и достаточно серьёзные побочные эффекты. Например, оказывается пагубное воздействие на насекомых-опылителей и снижается биобезопасность окружающей среды в целом. Многие потребители растительной продукции также считают, что растения, овощи и фрукты, обработанные пестицидами, могут отрицательно влиять на здоровье человека, и не всегда их удаётся полностью «смыть» с поверхности.
Уровень безопасности пестицидов зависит от количества вещества на обработанной площади. Однако при стандартных методиках подсчёта может поступать неточная информация. Новая же разработка дает возможность автоматически измерять площадь покрытия листьев в режиме реального времени, что позволяет свести к минимуму количество используемых пестицидов, снизить затраты на них и уменьшить загрязнение окружающей среды.
Исследование выполнялось в рамках базовой части госзадания Минобрнауки. Кстати, в качестве оборудования могут использоваться обычный портативный компьютер и фотоаппарат.
– На первом этапе мы распознали более сотни изображений листьев растений вручную, а на втором – использовали полученные результаты для обучения алгоритма, – пояснил сотрудник научно-исследовательской лаборатории фотоники и микрофлюидики ТюмГУ Фабио Грациозо.
По его мнению, результаты могут быть значительно улучшены, если использовать камеру со специальными объективами и заставить нейросеть распознавать большее число изображений.
А что дальше?
Существует уже много экологических проектов, которые нельзя осуществить повсеместно из-за их сложности и дороговизны. Поэтому и о внедрении данных технологий говорить ещё рано.
Пока готовы, так сказать, лишь «опытные образцы». Чтобы решить проблему глобально, необходимо посчитать затраты на строительство соответствующих установок или создание программ.
Между тем, увеличение собственных инновационных разработок и доли такой продукции в экономике страны – одна из приоритетных задач власти.
Ирина Шлионская