Ученый из Черноголовки научил метан и водород не взрываться.
Раз в месяц корпус одного из научно-исследовательских институтов на окраине Черноголовки трясет от взрывов. Никто не пугается.
Сотрудники института знают, что это член-корреспондент РАН профессор Вилен Азатян проводит опыты в своей лаборатории — в просторной комнате с железобетонным куполом по центру 84-летний ученый доказывает эффективность своих разработок по предотвращению взрывов метана и водорода.
Сфера применения, по словам Азатяна, обширна — шахты, атомные электростанции, дирижаблестроение, двигатели для автомобилей и самолетов. Первые положительные результаты ученый получил еще в 1980-е годы, но до сих пор примеров практического использования его метода предотвращения взрывов крайне мало. Как профессор добивается внедрения своих разработок и кто ему в этом помогает?
Свое учение
Москва, 1977 год. Молодой ученый Вилен Азатян с папкой бумаг вошел в кабинет своего научного руководителя, нобелевского лауреата Николая Семенова. Разговор предстоял непростой — Азатян указывал учителю на недочеты его теории.
Семенов, изучавший процесс взрывов и горения, считал, что при нормальном давлении резкое выделение тепла становится причиной горения. Опыты Азатяна показывали, что тепловыделение — лишь результат цепной лавины (лавино-образное размножение атомов и радикалов в цепной реакции, которое определяет процесс горения). К тому же раньше считалось, что цепная реакция важна только при пониженном давлении. А по его данным выходило, что и при атмосферном, и при высоком. «Мои результаты он тогда изучил и сказал, что, возможно, я прав. Но посоветовал не спешить и заявить об открытии, когда докажу свою правоту в независимых лабораториях», — вспоминает Азатян.
На доказательство теории у него ушло больше 20 лет. Опыты проводились в шести институтах, включая Институт имени Макса Планка в Германии, гипотеза подтвердилась. Но Семенов до триумфа своего ученика не дожил, он умер в 1986 году в возрасте 90 лет.
Подтверждение гипотезы Азатяна открыло возможности управлять взрывами и процессом горения. Взрывы происходят из-за того, что осколки молекул начинают стремительно взаимодействовать друг с другом и происходит цепная реакция. Согласно Азатяну, взрыва не будет, если нейтрализовать эти осколки с помощью специально подобранного для каждого газа вещества, ингибитора.
В качестве ингибитора (присадки) для метана Азатян сначала использовал хлороформ. «Им раньше делали наркоз, в небольших дозах он почти безвреден», — говорит Азатян. Однако в Ростехнадзоре посчитали газ вредным и метод забраковали. В итоге Азатян остановился на комбинированном ингибиторе на основе фреона. Всеми необходимыми согласованиями ему пришлось заниматься самостоятельно. «А кому же еще?» — досадует ученый.
Поддержка с воздуха
Дирижабль с туристами на борту бесшумно взмывает в воздух, облетает окрестности и приземляется в поле. «Когда летишь, полная тишина вокруг. У кабины окна в пол, и все видно в мельчайших деталях», — делится впечатлениями от полета на дирижабле в Германии владелец и президент строительной группы компаний «Конти» Тимур Тимербулатов. После той поездки он мечтает наладить в России подобный туризм и совершить кругосветное путешествие. Любовь к дирижаблям и привела к знакомству с Азатяном в 2005 году.
Современные дирижабли летают на гелии, а не на водороде, как в начале XX века. Гелий — дорогой газ, его запасы невосполнимы. Отказаться от водорода пришлось после нескольких крупных трагедий вроде крушения «Гинденбурга» в 1937 году, когда погибли десятки людей: газ взрывается от малейшей искры. С ингибитором, как уверяет Азатян, такой проблемы можно избежать. Состав ингибитора для водорода он пока не раскрывает, ждет выхода научной статьи. «Мы всегда исходили из того, что ингибитор должен быть безвредным, доступным и дешевым», — говорит ученый.
Тимербулатов познакомил Азатяна с руководством московской компании «Авгуръ», которая занимается строительством дирижаблей. На ее базе проводят сейчас испытания нового метода заправки летательных средств.
Специально для этого создана фирма «Беркут», в которой 51% достался «Авгуру», 30% — Тимербулатову, около 20% — Азатяну. «Перед ним стояла задача доказать, что в дирижаблях можно безопасно использовать водород. И его команда с этим справилась», — говорит Георгий Юзбашьянц, гендиректор ОКБ «Атлант», «дочки» «Авгура», которая занимается разработкой дирижаблей грузоподъемностью до 200 т.
С помощью летательных аппаратов компания надеется решить проблему доступности удаленных российских территорий. Первые этапы разработки финансируются за счет грантов фонда «Сколково».
Несмотря на удачные испытания, до практического применения водорода в дирижаблях дело пока не дошло — например, нужно еще поработать над способом заправки.
Под землей
Перед каждой рабочей сменой шахтеры обязательно подходят к окошку, где раздают специальные датчики. Без них работать нельзя. В случае превышения допустимого содержания метана в шахте датчики подают звуковые и световые сигналы. Это значит, что работу надо немедленно прекратить.
Системы защиты помогают не всегда. В 2010 году на шахте «Распадская» в Кемеровской области из-за взрывов погиб 91 человек. «Я ездил на «Распадскую» после взрыва, меня вызвали в качестве члена международной комиссии», — вспоминает Азатян. Он уверен, что при использовании его ингибитора взрывов в шахтах будет гораздо меньше.
Для предотвращения взрыва, по словам Азатяна, достаточно 5%-ного содержания ингибитора в воздушно-метановой смеси. «Сначала было 8%, но нам удалось снизить концентрацию», — рассказывает ученый. Меняя концентрацию ингибитора, можно управлять процессом горения и взрыва, а также мощностью взрывной волны. Большое содержание ингибитора может полностью блокировать взрыв, малое — локализовать его.
Скорость и сила взрывной волны при разном содержании ингибитора Азатян с коллегами изучал при помощи 15-метровой трубы в Черноголовке. Лаборатория с этой установкой и отдельный корпус с испытательной камерой для взрывов были построены на деньги Тимербулатова, он дал 15 млн рублей.
Однако финансирования все равно не хватает. «Недавно у нас датчики давления сломались, пришлось с зарплаты скидываться и покупать новые», — сетует Азатян.
В его лаборатории восемь сотрудников, но приезжают специалисты и из других институтов. Например, пять сотрудников Института противопожарной обороны МЧС писали кандидатские и докторские диссертации под руководством Азатяна.
Есть надежда, что до практического применения технологии осталось совсем немного.
В 2013 году инженеры Копейского машиностроительного завода создали опытный образец горнопроходческого комбайна, который разбрызгивает ингибитор при резком выбросе метана, что помогает локализовать взрыв и снизить силу взрывной волны. Выйти на производителя техники для угледобычи помогли специалисты кемеровского ВостНИИ, который занимается проблемами безопасности на шахтах. Поездку Азатяна в Кемерово для презентации технологии спонсировал Тимербулатов из «Конти».
Губернатор Кемеровской области Аман Тулеев наградил Азатяна орденом «За доблестный шахтерский труд» I степени, хотя процесс внедрения технологии на шахтах застопорился. «На заводе в Копейске готовы делать комбайны, когда будет конкретный заказ», — говорит Азатян. Впрочем, его партнер Тимербулатов уверяет, что переговоры уже идут, но потенциальных клиентов называть отказывается.
Председатель Российского независимого профсоюза работников угольной промышленности Иван Мохначук настроен более скептически. «Из-за падения цены на уголь у нас многие угольные компании убыточны, хотя и показывают рекордные объемы добычи. В таких условиях вряд ли кто-то пойдет на нововведения», — рассуждает он.
К тому же, добавляет эксперт, необходимость проводить дегазацию в шахтах закреплена законодательно и отказываться от действующих методов никто не будет. «Иначе все шахты встанут», — говорит Мохначук.
Азатян пытается найти поддержку на высшем уровне, выступая на разных круглых столах и в рабочих группах. Он уже сумел заинтересовать Академию наук, которую сейчас возглавляет его знакомый Владимир Фортов. «Он хочет взять нашу лабораторию под личный контроль», — говорит Азатян. Фортов специализировался в схожей области, изучал, в частности, ударные волны. Ученые даже опубликовали несколько научных работ в соавторстве. На совещания с Фортовым Азатян обычно ходит вместе с Тимербулатовым.
На будущее
А в черноголовской лаборатории он уже думает о более далекой перспективе. По словам ученого, ингибиторы можно было бы применять, например, на АЭС, где в больших «бассейнах» отстаивается водород. Или в самолетах для предотвращения взрывов и для тушения пожаров — Азатян уже начал сотрудничать с Объединенной авиастроительной корпорацией.
«Рано или поздно в других странах тоже придут к моим выводам. Нужно быстро внедрять, чтобы получить преимущество», — говорит ученый. Еще в 1980-х годах Азатян совместно с МАИ испытал и запатентовал свой метод предотвращения взрывов в двигателе внутреннего сгорания, работающем на водородном топливе.
Подача ингибитора, по словам ученого, исключает возможность взрыва водорода. Он даже придумал способ производить водород внутри автомобиля. «Я успел зарегистрировать патент в России, он был общедоступный. Позже такой же метод был реализован на автомобиле в США», — сокрушается ученый. Об этом он узнал из новостной заметки, которую переслал ему знакомый.
Испытания прямоточного двигателя на водороде проходят сейчас в Центральном институте авиационного моторостроения, а вот с двигателем для автомобиля процесс у Азатяна не пошел. Соответствующий патент он оплачивал до 2013 года, а потом прекратил: «Это достаточно накладно, а за все время им никто так и не воспользовался».
Между тем в декабре 2014 года продажи своего автомобиля Mirai на водороде начала компания Toyota. Компания пока планирует продать за год 700 автомобилей, но предзаказ уже превысил эту цифру. В 2015 году Toyota хочет инвестировать в перспективное направление $162 млн.