ХVI Менделеевский съезд

В индустриальную эпоху цивилизации возникновение гигантских, компактных поселений людей -- мегаполисов поставило перед их населением и перед человечеством в целом сложные социальные и научно-технические проблемы. Поэтому закономерно, что на состоявшемся в Санкт-Петербурге 25-29 мая 1998 г. ХVI - ом Менделеевском съезде работал "круглый стол" "Химия и проблемы мегаполисов". Предварительно в ряде мест прошло локальное обсуждение этой же темы. Так было, в частности, в Москве, где обстоятельную дискуссию инициировал и возглавлял мэр города Ю.М.Лужков, под патронажем которого формировалась и секция съезда.

На Менделеевском съезде к теме "круглого стола" вплотную примыкали и проблемы, обсуждавшиеся на секции: "Химия и проблемы экологии, анализ и контроль объектов окружающей среды, очистка природных объектов, отходов производств и утилизация отходов".

Что же обсуждали химики по существу?

Химико-социальные проблемы мегаполисов обусловлены несколькими причинами. Во-первых, - это скученность населения, порождающая скопление громадного количества биологических, в том числе пищевых отходов и отходов жизнедеятельности, подлежащих обезвреживанию. Во-вторых, - это скопление громадного количества бытовых и торговых небиологических отходов -- одежды, обуви, бумаги, изделий из стекла, металла, резины и пластиков, товарной упаковки и др., подлежащих утилизации, переработке или уничтожению. В-третьих, - это неизбежное наличие техногенных, в том числе производственных, строительных и других отходов и загрязнений, подлежащих локальному задержанию, концентрированию и переработке. В-четвертых, - это транспортные и дорожные загрязнения, в частности от двигателей внутреннего сгорания, но не только от них. Наконец, в мегаполисе возникают химические проблемы санитарии, борьбы с социальными болезнями и борьбы с преступностью, включая поиск и идентификацию социально опасных химических веществ (взрывчатки, наркотиков и др.) и отдельных лиц.

Социально опасному загрязнению подвергается вся среда мегаполиса:

атмосфера, вода, почва, жилища, общественные и производственные здания, технические сооружения. Загрязнения имеют твердую, жидкую, газообразную и дисперсную, в частности аэрозольную формы. Опасность представляют и вторичные явления - загрязнение продуктов питания, выращенных в загрязненной среде мегаполиса. В связи с этим перед химией стоят обширные задачи.

Во-первых, - мониторинг, т.е. непрерывное наблюдение за состоянием среды мегаполиса средствами химического анализа. Во-вторых, - инактивация, обеззараживание, переработка и использование отходов. В-третьих, - предупреждение возникновения и накопления опасных отходов путем создания новых материалов и технологий. В-четвертых, -- очистка потребляемых природных ресурсов - воздуха и воды. В-пятых, -- создание методов материалов и средств защиты и лечения людей, животных, растений и предметов материальной культуры от химического воздействия биологических, бытовых и техногенных выбросов и отходов.

По всем этим вопросам только на "круглом столе" было представлено более 60 докладов и сообщений более чем полутораста авторов. В кратком сообщении невозможно серьезно обобщить этот грандиозный многолетний творческий труд множества ученых, и я остановлюсь пока на нескольких аспектах химических проблем мегаполисов и опыте их разрешения.

Хорошо известно, что автомобили, численность которых в современных мегаполисах уже сравнима с численностью их населения, являются ныне основным источником загрязнения городской атмосферы не просто неизбежной двуокисью углерода, но и оксидами азота, и продуктами неполного сгорания топлива: углеводородами и окисью углерода. Дизельные двигатели без наддува добавляют сажу. В зависимости от качества топлива и двигателей к этим обычным выбросам добавляются полициклические канцерогенные углеводороды, оксиды серы и тяжелых металлов, например свинца, вводимых в топливо в составе антидетонационных добавок. В России до сих пор до 50% всех используемых бензинов "улучшают" добавкой тетраэтилсвинца. Тяжелые металлы, в частности, цинк, олово, свинец, никель и хром содержатся и в отработанных моторных маслах. Общие проблемы опасности выхлопов и выбросов автотранспорта рассматривались в докладе В.П. Крапчатого.

Менее осознаный угрожающий источник загрязнения мегаполиса -- резиновые шины всех видов транспорта. С одной стороны, мегаполис замусоривают не подлежащие восстановлению отработавшие шины, для утилизации которых до сих пор не найдено вполне удовлетворительных способов. С другой стороны, опасность составляют резиновая пыль от шин, истирающихся о дорожное покрытие, и газообразные токсические вещества, например нитрозамины, выделяющиеся при хранении шин или медленно образующиеся при контакте компонентов резины с кислородом воздуха. Об этом на съезде говорил О.Б. Третьяков.

На Менделеевском съезде обсуждали два традиционных пути снижения токсичности выхлопных газов. Первый - применение нейтрализаторов с катализаторами дожигания. Существующие устройства на основе платиновых металлов дороги и могут отравляться некачественным топливом, что в наших условиях не редкость. В доложенных на съезде работах групп сотрудников ИНХС РАН, ИОНХ РАН, ГАНГ им. Губкина, Гинцветмета и Саратовского университета представлены перспективные каталитические системы, не содержащие благородных металлов в активном слое, твердые носители для них, методы нанесения катализаторов на носитель и конструкции автомобильных нейтрализаторов, основанные на принципах химической кинетики. Некоторые устройства уже прошли испытания на стендовых двигателях и автомобилях. Наиболее продвинуты работы ИНХС (В.Ф. Третьяков и др.), чьи каталитические системы и устройства обеспечивают 99%-ную конверсию выхлопных газов при реальных эксплуатационных температурах.

Второй путь снижения токсичности выхлопных газов -- улучшение топлива. Этому способу на съезде были посвящены доклады от ИНХС РАН, ИОХ РАН, московского НИИ химмотологии и др. Работы ИОХ (.В.Малова и др.) обеспечивают возможность эффективного получения экологически безопасного высокооктанового бензина.

Неожиданный и многообещающий прорыв совершен в области дизельного топлива. В 1995 г. австрийские, датские и американские исследователи сообщили, что в этом качестве они начинают использовать простой диметиловый эфир. В последующие 2 года было подтверждено, что это топливо может радикально решить проблему использования экономичных дизельных двигателей в городских условиях. Но ведь и само топливо должно быть доступным. В ИНХС РАН А.Я. Розовский разработал эффективный способ получения дешевого диметилового эфира из синтез-газа в одну стадию, а в московском НИИ двигателей (Т.Н.Смирнова и др.) создана необходимая, дополнительная к обычной, топливная аппаратура для серийного двигателя АМО-ЗИЛ Д-245. Результаты стендовых испытаний впечатляющи: при сохранении мощности и экономичности полное отсутствие в выхлопе сажи на всех режимах работы и втрое сниженное содержание оксидов азота!

Экономичное одностадийное получение самого синтез-газа из природного газа, разработанное группой сотрудников различных организаций под общим руководством А.Я. Розовского и Ю.А. Колбановского (ИНХС) -- едва ли не самое сенсационное из прикладных сообщений, прозвучавших на съезде. Известно, что при работе обычного дизельного двигателя образуется заметное количество СО. Авторы разработали такой двигатель и такой его режим работы, при котором из природного газа и воздуха, вводимых в цилиндры, выхлоп двигателя состоит из синтез-газа, т.е. CO + H₂, образующихся с избирательностью 85% , и лишь небольшого количества воды. В сочетании с другими разработками, о которых упоминалось выше, в ИНХС создан непрерывный процесс превращения природного газа низкого давления непосредственно, по желанию, в метанол, диметиловый эфир или традиционные бензиновую или дизельную фракции — технология XXI века, равно привлекательная и для промысловиков, и для мегаполисов!

Для утилизации шин Д.И.Словецкий с соавторами (ИНХС) предложили процесс пиролиза без предварительного измельчения. Получаются в основном жидкие и легкоплавкие углеводороды С₅ – С₂₅ (около 60%), летучие углеводороды С₁ , - С₄ (до 10%) и твердый технический углерод (около 30%). Все продукты могут быть полностью использованы. Аналогичная переработка полиэтилена приводит к практически полному его превращению в зависимости от выбираемых условий в жидкие (40 -95%) и газообразные (60 - 5%) углеводороды.

На "круглом столе" обсуждались также связанные друг с другом проблемы химической борьбы с гололедицей, очистки убираемых с улиц снега и льда, воды, образующейся при их таянии, а также речных и небиологических сточных вод. В частности пропагандировалось использование для этой цели активированных гуминовых кислот. Обсуждалось также немало других предлагавшихся комплексообразующих и сорбентов. Из их числа оригинальны и перспективны гидрофобные сорбционные материалы с магнитными свойствами, приготовленные из специально получаемых графитов. При их способности вобрать на I г сорбента 100 г нефти, разливающейся на поверхности воды, появляется возможность с помощью магнитного поля управлять движением частиц и их агрегатов и извлекать из воды магнитным барабаном как компактные слои, так и достаточно дисперсные частицы (ИБФ РАН, ИНЭОС РАН).

Было предложено много методов контроля и оценки химического состояния природной среды территории мегаполиса и оценки ее качества.

Было предложено много методов контроля и оценки химического состояния природной среды территории мегаполиса и оценки ее качества. Уделено внимание проблемам водоснабжения и водных сбросов.

Не обошли проблемы и успехи в создании новых оригинальных фармацевтических препаратов, методов определения наркотиков и др. Из прочих сообщений выделяется совместная разработка ИОХ и ИНЭОС серии новых фторкремний- органических средств /"фторсам"/ для защиты известковых, оштукатуренных и иных гидрофильных поверхностей. Новые препараты, замечательные своей необыкновенной водоотталкивающей способностью (выше фторопласта-4!), в сочетании с полимерными же средствами очистки поверхностей (разработка этих же коллективов) могут обеспечить эффективную защиту многих памятников архитектуры и искусства, разрушающихся под воздействием агрессивной среды мегаполиса.

В целом "круглый стол" способствовал и подведению итогов, и конструктивной постановке проблем, и объединению усилий ученых, решающих химические проблемы мегаполисов.