Мир науки и технологий каждый день приносит нам новости, которые не могут не радовать. Становятся реальностью холодный синтез и победа над раком, новые материалы, которых свет не видывал и новые продукты, которые защитят нас от пагубного техногенного влияния. Редакция этим материалом открывает новую рубрику, которую будет вести наш спецкор Василий Гулый и подбирать в нее некоторые материалы, интересные с точки зрения прогресса, созидания и веры в светлое будущее человечества.
Автор: Василий Гулый,
специальный корреспондент журнала «FUTURUM» (Украина)
Киев-Прага
Лаборатории Научно-исследовательского института технологического прогресса, расположенные в нескольких странах Европейского союза и входящие в TORtec Group, которая занимается высокими технологиями в области измельчения материалов, заявили о создании целого ряда технологий по наноструктурированию оксидов металлов, интерметаллидов и смесей на их основе. Материалы, полученные в результате измельчения и активации на установках «Торнадо», специально для этого разработанных в НИИ, проявили новые физические и химические свойства. Получены также и новые материалы.
Весь 2015 год в Праге на опытном участке проводились испытания промышленного прототипа установки «Торнадо», своеобразной воздушно-вихревой мельницы, у которой нет трущихся частей. Измельчение любых материалов происходит в рабочей камере, где как бы сжаты в замкнутом пространстве несколько противоположно направленных по отношению друг к другу смерчей из потока воздуха под давлением. Входной материал, попадая в такую рабочую камеру, кстати, очень небольшого размера, разрывается на частицы с огромной скоростью, вылетая уже активированным и с заданными размерами частиц в циклоны, которые одновременно служат улавливателями и классификаторами микропорошков. Причем, установка не просто измельчает, а через регулировку резонансов выдает необходимые размеры измельчения, или измельчает выборочно многосоставные материалы (смеси, композиты, горные породы), благодаря чему можно разделять материалы по крупности, по плотности, по весу или обогащать руду, выделяя необходимый состав.
Что это даёт промышленности?
Во первых, впервые стало возможным измельчать в потоке сверх-твердые, твердые и абразивные (керамические) материалы на микронный и субмикронный уровень с очень низкими производственными издержками, так как нет механических частей в «мельнице», то есть нет затрат на трущиеся и истирающиеся детали. Очень убедительно это выглядит, например, на поликристаллическом алмазе, когда миллиметровую крошку подают во входном дозаторе насыпным весом в три кг, а на выходе в доли секунды получают микропорошок в 1, 3 и 5 микрон (три циклона). Напомню, что алмаз по минералогической шкале Мооса имеет твердость 10, самый твердый из минералов. Как результат, внедренческая фирма в Чехии Hi-Tech Inovace s.r.o. (http://hti.co.com) уже представила на рынке целый ряд микропорошков, полученных новым способом – карбиды металлов: карбид титана, карбид вольфрама, карбид бора, карбид тантала и пр. Ещё недавно, если мне не изменяет память, перед наукой и технологами порошковой металлургии стояла задача найти промышленный эффективный способ измельчения сверх-твердых материалов с целью получения хотя бы 100 кг в час продукции на установке. Мини-установка «Торнадо» в Праге выдает 300 кг в час, легко масштабируема размерами рабочей камеры и кубатурой подаваемого под давлением в 6 бар воздуха. Легко представить значение такой технологии в мировом масштабе для порошковой, лазерной и плазменной металлургии. Например, микропорошки для аддитивных технологий, или как их ещё называют АМ-технологий, на основе титана для промышленных 3D-принтеров стоят на мировом рынке 700-800 евро за килограмм именно по тому, что очень сложен и дорог плазменный и атомарный способы их получения.
Во-вторых, несплавляемые в металлургии металлы, интерметаллиды, после активации в установке «Торнадо» в смеси показали удивительные свойства при спекании в вакууме. Они образуют нехарактерные для сплавов связи в кристаллах, а при спекании под давлением показывают выдающуюся плотность и однородность. Это уже весьма интересно для электротехнической промышленности, так как получены микропорошки с новыми свойствами для металлических и металло-полимерных электрических контактов, менее подверженных коррозии и деструктивным внешним воздействиям в любых средах, а значит долговечных. Контакты – слабое звено в дорогостоящей аппаратуре, в схемах, платах и т.д.
В третьих, лаборатория нанотехнологий разработала метод внесения дефектов в углеродные наноструктуры на установке «Торнадо», одновременно функционализируя данные структуры добавками, например, активированным также в «Торнадо» литием, либо железом, либо титаном. В местах излома нанотрубок или фуллеренов возникает повышенная активность, которая позволяет связаться им с атомами металлов или группе атомов в кластер, а кластеры, в свою очередь, формируют кристаллическую решетку материала. Так получаются либо материалы с новыми свойствами, либо новые материалы, в том числе метаматериалы. То, что в мире делается в лабораториях на атомарном уровне и называется допированием атомами углеродных наноструктур под микроскопом, теперь воплощено в промышленном методе, да ещё на потоке, да ещё с любыми материалами: от металлов до керамики и полимеров. Трудно переоценить значение этой технологии для материаловедения и какие открываются горизонты применения.
В четвертых, с внедрением технологии «Торнадо» появилась возможность «мягко» вскрывать оболочки клеток растений и водорослей, активируя внутриклеточные биосоставляющие, сохраняя их состав и свойства. Так, в лаборатории микробиологии получены важнейшие для организма человека и животных флаваноиды из растений, витамины, кислоты, белки и масла. И это всё без термической обработки, пиролизов и гидролизов, без экструдеров и прочих премудростей современных технологий. Суть процесса такова, что вот исходный продукт, например, одноклеточная хлорелла, а вот готовый продукт – активированная биомасса всех составляющих хлореллы с разрушенной клеточной оболочкой, которая не позволяла ранее организму человека усвоить её в полной мере в пищеварительной системе. Теперь усваиваемость почти полная.
Не вникая во все тонкости биотехнологии, можно для общего кругозора взглянуть оценочно на пользу хлореллы, которая стала так популярна в последнее десятилетие в мире как пищевая добавка.
Состав хлореллы уникален. Хлорелла активно синтезирует белки, углеводы, жиры, витамины. Поэтому сухая биомасса хлореллы включает более 50% белка, около 30% углеводов, 10% жиров (80% полиненасыщенных) и до 10% минералов. Белок водоросли представлен более чем 40 аминокислотами, в том числе, конечно, присутствуют и все незаменимые для человека. Для сравнения, говядина или курятина содержат около 26% белка.
Хлорелла изумляет и содержанием других полезных компонентов. В 1 грамме сухого вещества водоросли содержится:
•1000-1600 мкг провитамина А — каротина (в 10 раз больше, чем в шиповнике или сухих абрикосах),
•чистого витамина А – до 1000 мкг,
•витамина В1 – до 18 мкг,
•витамина В2 – до 28 мкг,
•витамина В6 – 9 мкг,
•витамина С – 1300-1500 мкг ,
•витамина К – 6 мкг,
•витамина РР – 110-180 мкг,
•витамина Е – до 350 мкг,
•пантотеновой кислоты – 12-17 мкг,
•фолиевой кислоты – 485 мкг,
•биотина – 0,1 мкг,
•лейковорина – 22 мкг,
•витамина D – до 1000 мкг,
•витамина B12 – 0,0025-0,1 мкг.
В длинном списке микроэлементов, находящихся в хлорелле можно обнаружить, наверное, всю таблицу Менделеева: кальций, фосфор, йод, магний, калий, медь, железо, сера, цинк, кобальт, марганец, цирконий, рубидий и другие. Активированный в «Торнадо» продукт теперь можно смело и без натяжек назвать «биологически активным питанием».
Разрабатываемые в лабораториях НИИ биотехнологии уже позволили эффективно с низкими затратами извлекать из гречихи кверцетин и рутин, из лиственницы сибирской – дигидрокверцетин, из миндаля и косточек абрикосов – лаэтрил (витамин B17, которому приписывают высокое антираковое свойство). И так практически с каждым лекарственным растением, с фруктами, ягодами и овощами. На мой вопрос: как небольшой коллектив частного НИИ добился таких высоких результатов и в разработке научной, и в техническом воплощении, и в практическом применении в таком широком спектре, директор внедренческой фирмы в Праге г-н Владислав Регер ответил так:
«Секретов здесь нет. Небольшой коллектив энтузиастов в связке ученый-технолог-инженер по профилю или направлению работы, аутсерсинг лабораторных работ и результаты, одновременно рынок и внедрение. За последнее как раз отвечаю я. Никаких лишних затрат, никаких лишних телодвижений. Мы за один год родили 30 новых продуктов. Мы в этот же год нашли метод и способ измельчения титановой губки в микропорошки. В это же время мы придали меди магнитные свойства, вводя в структуру металла через наноструктурирование допированные атомами меди фуллерены. Одновременно разработали новый метод получения углерода из лигнина, который накапливается миллионами тонн у бумажно-целлюлозных комбинатов, и тут же из этого углерода выпустили ассортимент микропорошков и производных. Но раз занялись лигнином, то почему не сделать новые био-полимеры, в том числе из лигнин-содержащих отходов сельского хозяйства (солома, стебли кукурузы и пр.)? Ну а раз занялись полимерами, то почему наоборот не сделать из отходов ПЭТ (пластиковые бутылки) бумагу? Пришлось сделать.
В таком же ракурсе мы рассматриваем и биотехнологии. Поскольку мы измельчаем в разных режимах любую биомассу, вскрываем клетку растения, то полезные биологически активные вещества в первую очередь применимы в БАДах, в активных пищевых добавках, в питании спортсменов и военных, людей экстремальных профессий. Мы разработали ряд комплексов, которые выводят из организма человека радионуклиды и ионы тяжелых металлов, связывают и выводят свободные радикалы, которые приводят к преждевременному старению и снижению иммунитета. Многое не сами придумываем, жизнь подсказывает. Люди приходят, другие ученые, бизнесмены… Так, к нам пришли с просьбой сделать на «Торнадо» какао, но только в сыром виде. Сделали. Произошло так, что в одну стадию получили ценный продукт — какао-масло в одну сторону (циклон), а какао-жмых в другую. Потом подсушили какао-жмых и измельчили в какао-порошок на 10 и 20 микрон. Наша технология заменяет 14 стадий традиционной технологии, которая ещё имеет большие потери из-за особенностей переработки. Причем, наш микропорошок на 8-10 микрон образует в жидкости прекрасный коллоидный раствор, то есть напиток какао, где вещество во взвеси и не дает осадка, как растворимый кофе, а который на 20 микрон – прекрасный и довольно дорогостоящий продукт для производства шоколада и кондитерских изделий. Так же просят заняться отходами крахмального производства, ликёро-водочной промышленности, отходами животноводческих и птицеводческих комплексов. Именно так родилась технология переработки птичьего пера и получения белков, которые опять же пошли добавкой в комбикорм птице. Как раз после просьбы владельца крупнейшей птицефабрики снять с него эту головную боль – утилизацию накапливающихся отходов.»
Меня поразила скорость, с которой разработчики тут же внедрили технологию в производство. (Нам в Украине стоит поучиться такому опыту).
Энергоносителем в установке «Торнадо», выступает, подчеркиваю, воздух. Может также выступать пар под давлением, любой инертный газ.
В настоящее время НИИ закончил другую модель «Торнадо» для жидких сред и биомасс – на воде. Это жидкостно-вихревая мельница, если можно её так назвать. Потому что это на самом деле не мельница — она не мелет, она разрывает всё, что попадает в зоны градиентности (перепадов давления) и пересекает их между вихрями в замкнутой рабочей камере. Это гигантская сила, сила природная, основанная на имплозии, а не на эксплозии, как мы привыкли при реакции горения (взрыва), когда взрыв направлен наружу. Всё как описывал австрийский ученый и изобретатель Виктор Шрауберг ещё до второй мировой войны. Наша цивилизация так и движется в своем развитии, сжигая, взрывая углеводороды и атомные заряды, чтобы получать энергию, которую в свою очередь тратить на получение продуктов. Как и в механических способах измельчения, дробления материалов. Как без энергии и механических устройств измельчать материалы? Оказывается, можно и по другому, по умному, не по варварски. Можно, если этого захотят сами люди, особенно люди творческие, креативные.
Установка «Торнадо» для измельчения карбидов металлов в микро- и суб-микропорошки.
