Учат управлять климатом и биосферой. В ХНАДУ начали готовить экологов новой формации, которые работают на стыке наук

В 2021 году Украина поддержала «зеленые инициативы» Европейского
союза, которые направлены на разработку и внедрение технологий, способствующих снижению выбросов парниковых газов.

Разработкой таких инновационных технологий, направленных на энерго­экономию и экологически чистые энергоресурсы, а также на снижение вредных для окружающей среды выбросов оксидов углерода и азота, и газов, что образуются при работе автомобильных двигателей, занимаются сотрудники кафедры экологии Харьковского национального автомобильно-дорожного университета.
Что это за технологии? Где они применяются? По каким инновационным программам Евросоюза готовят экологов новой формации в ХНАДУ? Как управление климатом сможет уменьшить негативное техногенное воздействие на окружающую среду?

Почему климатом
надо управлять?
— Интенсивное развитие промышленности и новых технологий в 21 веке привело к тому, что мы потребляем очень много энергии, — отмечает заведующая кафедрой экологии ХНАДУ, доктор технических наук, профессор Наталья Внукова. — Соответственно, мы повышаем температуру приземного слоя. Технологии, которые мы используем, к сожалению, очень энергоемкие и способствуют увеличению температурных показателей и изменению температурного режима, что в конце концов приводит к изменению климатических условий не только на отдельно взятой территории, но и на всей планете.
— Сейчас весь мир работает над тем, чтобы совместить технологии будущего и не нарушать правила функционирования экосистем, — акцентирует внимание на этой проблеме профессор Наталья Внукова. — Как известно, экосистема, потребляя ресурсы, сама избавляется от отходов в рамках экосистемы, однако при условии, что не происходит вмешательство. Но мы не можем без него обойтись, и если мы производим техногенное воздействие на окружающую среду, мы должны делать это таким образом, чтобы максимально сберечь те условия, которые предоставляет нам экосистема.
В сфере научных интересов кафедры экологии ХНАДУ несколько направлений, которые изучают техногенное воздействие на параметры окружающей среды и уменьшают их влияние на изменение климатических условий.
– Одно из них — снижение выбросов при процессах пиролиза, то есть сжигания низкоуглеродных топлив и их производных, таких, как рубероиды или отработанные покрышки автомобилей, — рассказывает Наталья Внукова. — Сжигают их, чтобы утилизировать отходы промышленного производства. Это касается конца жизненного цикла продукции и на этих этапах очень важно грамотно и правильно утилизировать сложные продукты, созданные из низкоуглеродных остатков соединений или самих низкоуглеродных соединений, так как при высоких температурах в процессе сжигания происходят резкие выбросы остатков углеродных соединений.
Как можно уменьшить эти опасные для окружающей среды выбросы?
— Мы работаем над изменением технологических параметров сжигания, — презентует научную разработку заведующая кафедрой экологии ХНАДУ. — Подбирая определенным образом температуру и применяя химические добавки в процессе горения, мы изменяем химизм процесса при сжигании. В результате этого нам удалось снизить степень техногенной нагрузки и уменьшить количество парниковых газов, которые образуются при процессах сжигания, на 12%–20%. Разработанные нами параметры сейчас патентуются.
По словам Натальи Внуковой, пиролизных установок для сжигания, которые официально зарегистрированы и лицензированы, а лицензия на пиролизную установку составляет 12–15 млн гривен, в Украине не так много.
– Мы отрабатываем свои технологии на тех пиролизных установках, которые функционируют на данный момент, — отмечает Наталья Внукова. — Среди предприятий, которые занимаются сжиганием в нашем регионе, — это Змиевская ТЭС. Там сжигают угли, и их технологические условия позволяют утилизировать продукты, созданные из низкоуглеродных соединений. А утилизация, скажем, тех же автомобильных шин на свалках наносит непоправимый ущерб окружающей среде, потому что они занимают большие площади и у них очень длительный цикл разложения. К слову, при естественных процессах разложения они оказывают негативное воздействие на все параметры окружающей среды — это изъятие земель, просачивание в подземные воды и т.п. Если есть несанкционированное сжигание, которое мы наблюдаем на свалках, то это еще и загрязнение атмосферного воздуха. И тут мы опять возвращаемся к парниковым газам и несанкционированным выбросам.

Плазменные технологии и утилизация блоков электромобилей
— Второе направление, которое мы сейчас разрабатываем с Институтом проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного Национальной академии наук Украины, — это внедрение плазменных технологий при работе двигателей внутреннего сгорания. Суть разработки в том, что при изменении режимов и добавлении плазменной технологии при работе двигателей внутреннего сгорания при тех же топливах и при тех же параметрах двигателя мы получаем ощутимое снижение выбросов парниковых газов — на 25%, — знакомит еще с одной научной разработкой Наталья Внукова. — Это очень высокий показатель. Ведь выбросы оксидов углерода и азота являются канцерогенными газами. Если нам удастся запатентовать эту разработку, мы предложим ее не только оте­чественным предприятиям, но и зарубежным производствам. После опубликования результатов исследования за рубежом мы сможем предлагать эту разработку, скажем, на заводах в Германии. Это страна очень развитого автопрома и она интенсивно поддерживает все ноу-хау, которые касаются утилизации автомобилей — рециклингов автомобиля, поддерживает все технологические разработки, которые касаются улучшения работы двигателя внутреннего сгорания.
– Еще одно перспективное направление ХНАДУ — утилизация блоков электромобилей. С одной стороны, электромобили несут снижение техногенной нагрузки, с другой — об утилизации этих электроблоков, которая со временем обязательно наступит, пока никто не говорит, — заглядывает на несколько лет вперед Наталья Внукова. — Мы с коллегами из Института проблем машиностроения поднимаем этот вопрос уже сегодня. Это очень сложный процесс. Отмечу, что утилизация такого энергоблока стоит практически половину стоимости электромобиля. Но путем определенной разборки химических реакций его также можно превратить в относительно безопасный продукт для окружающей среды. Дело в том, что производство автомобилей в развитых странах ЕС налажено, а вот утилизация по окончании жизненного цикла автомобилей — вопрос пока открытый.
Этой актуальной и сложной проблемой сегодня занимаются ученые кафедры экологии, которые работают в научном содружестве с другими кафедрами университета.

Фильтры сточных вод с поверхности автомобильных дорог

– В Украине около ста кафедр экологии, с которыми мы в какой-то степени дружим, в какой-то — конкурируем, но кафедра экологии ХНАДУ является уникальной, — заявляет Наталья Внукова. — Потому что она практически первая и лидирующая в вопросах работы автомобильно-дорожного комплекса. Как мы знаем, Украина является страной-транзитером и мы имеем обязательство перед ЕС по развитию расширенной сети автомобильных дорог, которая обеспечила бы легкий и свободный транзит европейских товаров через территорию Украины. В связи с этим возникают вопросы содержания, эксплуатации, строительства и реконструкции автомобильных дорог. А это значит, что оценка воздействия на окружающую среду является обязательной процедурой в нашей стране. Процедура эта дорогостоящая, высокотехнологичная и наукоемкая и она проводится на всех этапах проектирования, строительства и эксплуатации. Для чего? Чтобы соблюсти экологическую безопасность функционирования автодорожного комплекса: автомобиль — дорога — окружающая среда.
— Отведение земельного участка для автомобильного полотна — это всего лишь шесть метров придорожного пространства, — приводит конкретный пример Наталья Внукова. — Однако эмиссия парниковых или отработавших газов автомобилей распространяется намного дальше — до ста метров как минимум. А в ста метрах от автомобильной дороги, как правило, находятся эксплуатируемые сельскохозяйственные земли, на которых выращивают агрокультуры. Таким образом, эмиссия парниковых и выхлопных газов распространяется и на эту сельхозпродукцию. В то же время Украина подписала с ЕС договор о том, что мы являемся не только страной-поставщиком агропродукции, но и обязуемся при этом выращивать экологически чистую продукцию.
По словам Натальи Внуковой, существует эмиссия загрязняющих веществ с поверхности автомобильной дороги. Происходит это в результате того, что за выхлопной трубой автомобиля на расстоянии 5–6 метров оседает огромное количество взвешенных частиц в виде остатков сжигания топлива — сажи. Чем они опасны?
— В одном только миллиграмме взвешенного вещества может находиться в десятки раз выше нормы канцерогенных веществ, — поясняет она. — Сажа является очень хорошим абсорбентом, она впитывает буквально все. И когда из сопла автомобиля вылетают взвешенные частицы, они выносят с собой огромное количество токсичных элементов, которые попадают на автомобильную дорогу. Во время осадков образуется так называемый сток с автомобильной дороги. Эти вредные вещества попадают на придорожные земли, могут проникать в грунтовые воды. Как этого избежать? На автобанах в европейских странах через каждые 50–1000 метров можно увидеть сливные устройства и фильтры, которые фильтруют сточные воды с поверхности автомобильных дорог, и в окружающую среду сбрасываются уже очищенные сточные воды. В Украине качество самой автомобильной дороги находится уже на европейском уровне, но конструктивные элементы и элементы химической очистки поверхностных сточных вод с автомобильной дороги пока еще находятся в стадии разработки. Над этим сегодня активно работает кафедра экологии ХНАДУ.

«Климатический менеджмент» для европейских вузов
— В 2020 году мы вы­играли международный европейский грант в рамках проекта CLIMAN, который поддерживает Еврокомиссия, — рассказывает заведующая кафедрой экологии ХНАДУ Наталья Внукова. — CLIMAN — это абсолютно инновационная образовательная технология. Аналогов ее нет в Украине и в Европе. Мы взяли лучшие европейские практики и, объединив их и предложив свои разработки, получили финансирование ЕС на внедрение этого блока. Магистры, которые учатся на экологов в ХНАДУ, получат образование в соответствии с европейской рамкой квалификации. У нас нет проблем с обменом студентов из зарубежных вузов. Мы можем перезачесть им определенное количество часов при изучении у нас каких-то дисциплин, и точно так же нашим студентам, когда они выезжают стажироваться по специальности, зачтут учебные часы в европейских университетах.
Чем уникален этот проект?
— В нем участвуют университеты, которые занимаются экономическим, юридическим, технологическим обеспечением и подготовкой специалистов, помимо экологов. Так вот наш университет предложил блок обучения, который называется «Климатический менедж­мент», — делится Наталья Внукова. — Блок этот состоит из нескольких дисциплин по профилю, включающих в себя такие современные дисциплины, как инжиниринг климатических изменений, управление климатом, биосферные технологии и управление ими. Мы предложили этот блок для европейских партнеров, и нас поддержали Германия, Италия и Нидерланды, которые сейчас являются лидерами в разработке технологий по снижению выбросов парниковых газов. В числе украинских наших партнеров — Киевский университет экономики и права «Крок», который занимается экономическим менеджментом и экономическими расчетами, а также Национальный университет «Львовская политехника», кафедра экологии которой занимается технологиями очистки сточных вод. Сейчас блок дисциплин «Климатический менеджмент» мы внедряем при подготовке магистров.

Экологов учат по инновационной образовательной технологии ЕС
Что изменится, когда появятся специалисты-экологи новой формации, подготовленные по инновационным технологиям?
– Когда наши специалисты, получившие образование по новым программам, придут в департаменты и инспекции экологии, они смогут не только правильно диагностировать работу предприятий, но и предлагать логистические схемы экологических решений существующих проблем на предприятии, — заявляет профессор Внукова. — Например, проводить оценку техногенных воздействий на окружающую среду. Это позволит еще на этапе проектирования либо начальной стадии работы предприятия скорректировать его слишком сложные технологические процессы для снижения выбросов загрязняющих веществ или довести их до нормативных показателей загрязняющих веществ, что очень важно для окружающей среды.
— Вот сейчас люди часто говорят — плохая экология, — делится наболевшим Наталья Внукова. — Это абсолютно неграмотно, это противоречит всем научным направлениям, технологиям и определениям. Экология не может быть плохой. Экология — это наука. В данном контексте мы говорим о негативном воздействии на окружающую среду. Мы говорим о плохом состоянии окружающей среды. Правильно сказать, мы изучаем негативное техногенное воздействие на окружающую среду.
Первые специалисты-экологи новой формации, которых в ХНАДУ начали готовить с 1 сентября 2021 года, появятся в Украине через полтора года.