Азот цивилизации: электричество поможет создать «зеленое» топливо для спутников
Как ученым удалось синтезировать новый перспективный класс соединений
0
EN
Следите за нашими новостями в удобном формате
Есть новость? Присылайте!
Российские ученые нашли способ создать новые «зеленые» топлива для космических аппаратов и горнодобывающей промышленности. Они разработали подходы к синтезу особых высокоэнергетических веществ, которые при распаде выделяют молекулярный азот, который содержится в воздухе. Исследователи получают их в экологически безопасном режиме с помощью электричества, а значит, не будут наносить вред экологии. Однако, по мнению опрошенных «Известиями» экспертов, для массового внедрения перспективной технологии еще необходимо решить ряд задач: это масштабируемость синтеза для использования в малотоннажном производстве, а также устойчивость соединений при хранении.
Что такое полиазотные гетероциклы
Ученые Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (ИОХ РАН) развили новые подходы к электрохимическому синтезу особых веществ, из которых можно создать экологичные топлива для космических аппаратов и горнодобывающей промышленности, также получать различные фотоактивные материалы. Речь идет о полиазотных гетероциклах — соединениях, молекулы которых содержат замкнутый цикл с двумя и более атомами азота.
Справка «Известий»
Полиазотные гетероциклы благодаря своей структуре находят применение в различных областях, включая создание новых энергетических материалов, лекарственных препаратов и в качестве красителей. Могут быть использованы в качестве компонентов взрывчатых веществ и ракетных топлив благодаря высокой энергии, которая высвобождается при их распаде.
Специалисты впервые использовали электрический ток в качестве экологически безопасного окислителя. И получили уникальные соединения — мезоионные молекулы, которые сами по себе электронейтральны, но в них локализованы положительные и отрицательные заряды.
— До наших исследований было известно буквально три таких соединения, в старых работах. И было непонятно, действительно ли эти вещества существуют, как их получать и т.д. А мы создали такой общий метод. Мы получили серию из 25 таких структур. И обнаружили, что они еще достаточно термостойкие. Температура начала разложения выше 270 ℃, — рассказал «Известиям» завлабораторией азотсодержащих соединений ИОХ РАН, лауреат премии «Вызов» Леонид Ферштат.
Благодаря тому что новые соединения оказались такими термостойкими, они найдут применение в качестве компонентов топлив для аэрокосмической отрасли, рассказал ученый. В первую очередь они подойдут для вывода небольших космических аппаратов, например спутников, исследовательских зондов, систем навигации, на околоземную орбиту. Также полученные соединения будут полезны в горнодобывающем деле.
— Эти вещества содержат достаточно много атомов азота. У них есть запасенная химическая энергия, которую можно контролируемо высвобождать и, соответственно, применять в шахтах для контроля над непосредственно процессом направленного взрыва, — рассказал Леонид Ферштат.
Экологически чистые топлива
Важно, что с точки зрения химии ученые получают их в экологически безопасном режиме и на значительный процент вещества состоят из атомов азота. Это значит, сами по себе при сгорании они тоже будут высвобождать в основном молекулярный азот, который содержится в воздухе, которым мы дышим. Эксплуатация таких веществ не будет приводить к какому-то серьезному экологическому вреду, рассказал Леонид Ферштат.
Работа химиков-органиков из ИОХ по синтезу мезоионных гетероциклов, содержащих три атома азота, отличается оригинальным подходом с использованием электрохимической активации реагентов, которая следует основному требованию зеленой химии — экологической безопасности, отметил кандидат химических наук, доцент Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Антон Муравьев.
— Высокая термическая устойчивость данных соединений — температура начала разложения около 270 ℃ — открывает широкие перспективы использования библиотеки полученных соединений в аэрокосмической отрасли, в том числе для запуска космических аппаратов на орбиту Земли. Однако немедленное использование полученных лабораторных образцов энергоемких гетероциклов на данный момент имеет следующие потенциальные ограничения: масштабируемость синтеза для использования в малотоннажном производстве, а также устойчивость соединений при хранении. Полученное разнообразие гетероциклических соединений позволяет в дальнейшем подробнее исследовать взаимосвязь структура – свойство и оптимизировать структуру молекулы для создания перспективного сырья для экологичного топлива в космических аппаратах, — добавил он.
Гетероциклы — это колечки атомов, в которых соединены атомы углерода и других элементов, пояснил координатор программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игорь Шкрадюк. Соединения, созданные в ИОХ, имеют четыре важные особенности.
— При разложении азотсодержащих гетероциклов при образовании молекулярного азота выделяется больше энергии, чем при образовании оксидов азота. А оксид азота — токсичный газ (если вы видели рыжие хвосты дыма из труб, то это оксид азота). То есть можно сжигать топливо так, что выделяются углекислый газ, вода и безопасный молекулярный азот. При использовании новых веществ в ракетном топливе можем получить более экологически чистые пуски ракет, — резюмировал он.
Теперь ученым предстоит масштабировать метод синтеза «зеленых» соединений и запустить производство опытной партии. Поскольку в случае с топливом ученым не требуется каких-то серьезных биологических испытаний, как, например, в лекарственных средствах, технология может выйти на рынок в течение нескольких лет.
Справка «Известий»
В 2025 году на национальную премию в области будущих технологий «Вызов» подано 632 заявки из 40 стран. Наибольший интерес представляет международная номинация Discovery («Открытие») — от ученых из-за рубежа поступило 155 заявок. Это на 38% больше, чем в 2024-м. В числе стран, откуда пришли заявки: Китай, Казахстан, Турция, США, Швейцария, Италия, Германия, Бразилия, Индия, Индонезия, Австралия. Вручение состоится в декабре.
