Материал подготовлен совместно с телеканалом «Наука».
С середины XVIII века человечество совершило уже три промышленных революции, которые сформировали облик современной цивилизации. Они дали нам развитую энергетику, недорогие синтетические материалы и доступную пищу. Но рост уровня потребления обернулся колоссальными экологическими проблемами. Например, по данным экспертов, человечество ежегодно производит 2 млрд т мусора, а к 2050 году этот показатель вырастет до 3,4 млрд т. Мусор загрязняет почву, а перерабатывается пока лишь его малая часть — всего 13% на глобальном уровне.
Кажется, что пришло время для новой революции — экологической, и главную роль в ней будут играть технологии, которые позволят снизить уровень и токсичность отходов и перейти на альтернативные, не загрязняющие природу источники энергии.
Пластиковые ж/д дороги
На заводе под Калугой наращивают производство полимерных шпал. Их делают из переработанных отходов. Из 170 т пластика получается один километр путей, в производстве используют даже обычные полиэтиленовые пакеты. Получаются шпалы, которые служат более 40 лет. Их уже используют для железных дорог, метро и трамвайных линий. Они уже востребованы в Москве, Санкт-Петербурге и других мегаполисах страны.
Антон Абрамов, генеральный директор компании по производству полимерных шпал: «Наша линия способна производить около 120 тыс. шпал в год, а это утилизация свыше 12 тыс. т пластика. Пластиковые шпалы ничем не уступают железобетонным и по своим характеристикам они лучше деревянных шпал. Они рассчитаны больше чем на 40 лет службы, легко переносят перепады температур, не боятся воздействия соли, бензина и масла, отличаются повышенным сопротивлением ударной нагрузке и прогибу. Все это выгодно отличает их от шпал из традиционных материалов».
Кроме того, пластиковые шпалы не нужно пропитывать креозотом, в отличие от деревянных. Он считается канцерогеном и опасен для здоровья человека, особенно для нервной системы. Поэтому отслужившие свой срок деревянные шпалы захоранивают на специальных полигонах. А пластиковые шпалы утилизировать не нужно — они пригодны для вторичной переработки.
Съедобная посуда
Ученые из Южно-Уральского государственного университета тоже пытаются внести свой вклад в решение проблемы отходов: они придумали посуду из муки. Она съедобна и по вкусу не отличается от обычного ржаного хлеба.
«Сырье — чистые отруби, цельнозерновая мука. То есть побочный продукт мукомольного производства», — объясняет аспирант кафедры «Пищевые биотехнологии» ЮУРГУ Арам Цатуров.
Биопластик идеально подходит для пакетов, упаковки, а также для капсульных оболочек лекарств. Окисляясь, он очень быстро разлагается, так что если такую посуду забудут на поляне после пикника, она не станет угрозой для природы, в отличие от обычной пластиковой.
Энергия солнца для школ
В 2019 году в России был запущен проект «Солнечные школы». На крышах ряда образовательных учреждений установили фотоэлектрические модули и аккумуляторные системы, а в образовательную программу включили материалы, объясняющие принципы солнечной энергетики. Дети используют солнечную энергию для подзарядки гаджетов, также полученная электроэнергия используется для освещения.
Задача проекта — познакомить школьников с концепцией использования возобновляемых источников энергии и показать, как они могут решать экологические проблемы. В проекте участвуют школы из Москвы, Санкт-Петербурга, Краснодара, Уфы, Калининграда, Ульяновска и Самары.
Новые материалы для солнечных панелей
Традиционные в солнечной энергетике кремниевые панели со стеклянным покрытием понемногу уступают место полимерным батареям, поскольку они дешевле и экологичнее. Над развитием этой отрасли работают ученые по всему миру, и в России есть свои оригинальные разработки. Пример — кровля толщиной всего 2 мм, которая работает как солнечная панель. Производитель Solartek уверяет, что по тонкопленочному солнечному модулю можно смело ходить, а служит он до 25 лет.
90% материалов, которые используются при производстве таких панелей — это различного рода полимерные пленки. Они производятся из продуктов переработки нефти и газа и, как и любой пластик, подлежат вторичной переработке.
Еще один проект российских ученых — прозрачная пленка из искусственно созданного перовскита. В природе перовскит — достаточно редкий минерал, который хорошо поглощает свет и превращает его в другие формы энергии. Его лабораторный аналог может быть изготовлен из дешевых компонентов: свинца, йода, никеля с добавлением органики. Полученный минерал можно слоями наносить практически на любую поверхность: стекло и даже ткань. Это очень молодая, но быстро развивающаяся технология.
Классические солнечные элементы на основе кремния появились в 1950-х годах прошлого века, сегодня их эффективность составляет порядка 26%, то есть понадобилось где-то 70 лет для того, чтобы их можно было использовать в быту. Что касается перовскитных солнечных элементов, то первый появился в 2009 году и его эффективность составила 4%. Сегодня эффективность такого типа солнечных элементов уже выше 25%.
Однако у перовскитных батарей есть своя ахиллесова пята. В отличие от кремниевых, они не могут стабильно работать десятилетиями. В России есть несколько научных групп, которые занимаются исследованием гибридных перовскитов: это команда Института управления химической физики, а также ученые из МИСиС, Санкт-Петербургского государственного университета, ИТМО, также подобные исследования проводятся в МГУ.
Карбоновые полигоны
По данным метеорологов, средняя температура на Земле сейчас на 1,09 °C выше, чем во второй половине XIX века. Казалось бы, один градус — совсем немного. Однако этого небольшого сдвига оказалось достаточно, чтобы погода на всей планете стала непредсказуемой.
Сейчас отношение к проблеме глобального потепления меняется, ей уделяют внимание на самом высоком уровне. В частности, Россия планирует достичь углеродной нейтральности к 2060 году. Под эгидой Минобрнауки создается сеть карбоновых полигонов — участков земли с характерными для конкретной местности рельефом, растительностью и прочими характеристиками. С их помощью ученые отслеживают эмиссию парниковых газов и выращивают растения, поглощающие углекислый газ и пытаются понять, какие растения справляются с этой задаче лучше. Один из первых и самых больших карбоновых полигонов в стране был создан в Чечне в 2021 году.
«Республика выделила Чеченскому госуниверситету восемь участков в разных климатических зонах, общая площадь полигона — 2315 га. У нас посадки под тополя разных гибридных форм. В программе участвуют около 10 вузов», — говорит проректор по науке и инновациям Чеченского государственного университета Магомед Нахаев.
Экологические проблемы есть и в горах. С весны и до глубокой осени там пасутся сельскохозяйственные животные. Они практически полностью выщипывают траву с горных склонов. Почва, оставаясь без растительного покрова, начинает не поглощать, а выделять углерод. Со временем такие участки превращаются в выжженную пустыню — это одна из проблем, которую решают чеченские специалисты на полигонах.