Наножидкости и «солнечный» холод: Одесса – на передовой современной теплофизики  

Доктор технических наук, профессор кафедры информационных систем и сетей Одесской национальной академии пищевых технологий Сергей Артеменко занимается увлекательными вещами и личными усилиями старается удержаться на гребне волны решений современных научных проблем. Ученый с удовольствием пообщался с «Думской», рассказав о своих изысканиях.

«Академия холода, где я учился, дала мне возможность приобщиться к научной школе, известной во всем мире, и это сказано без прикрас: одесская школа теплофизики, занимающаяся исследованиями свойств рабочих тел, признана научным сообществом», — говорит он.

В сферу научных интересов Сергея Артеменко входит поиск новых озонобезопасных хладагентов и веществ, использующихся в технике в качестве рабочих тел. В древности для охлаждения использовали запасенный лед, процессы испарения воды или других веществ. В XVI- XVIIвеках методы получения искусственного холода начали бурно эволюционировать, и этот процесс далеко не завершен. Оливер Эванс был первым, кто предложил использовать летучие жидкости в замкнутом цикле превращения воды в лед, описав систему, производившую холод за счет испарения эфира в вакуум. Ричард Тревитик предложил в 1828 году воздушный цикл для получения холода, но так и не построил реально действующую машину. В 1830 году Якоб Перкинс реализовал парокомпрессионную холодильную машину и ввел понятие хладагента, которое сохранилось до сих пор.  Его патент описывает цикл, использующий «летучую жидкость для охлаждения и замораживания». Так называемый «цикл Перкинса» был спроектирован для серного (этилового) эфира как хладагента, первые эксперименты проводили на так называемом «каучукине» – промышленном растворителе, которым Перкинс пользовался в своем типографском бизнесе.

Почти все первые хладагенты были огнеопасны, токсичны, а некоторые и химически активны. Это касалось и тех веществ, которые использовались в домашних холодильниках. Не сразу человечество поняло, что облегчение жизни домохозяйкам чревато скверными последствиями для всей планеты. Когда выяснилось, что фреон разрушает озоновый слой Земли, научный мир занялся поиском новых веществ, эффективных, но безопасных для окружающей среды.

«Сейчас развитые страны ужесточают требования к новым технологиям с точки зрения проблем изменения климата, — рассказывает Артеменко.- Ограничения, принятые правительствами подавляющего большинства стран в рамках Монреальского и Киотского Протоколов, привели к тому, что появилось уже четвертое поколение хладагентов, сочетающих высокую энергетическую эффективность и экологическую безопасность. Очевидно, что придумать вещества, «идеальные во всех отношениях» – невозможно. В своих исследованиях я пытаюсь найти компромиссные решения или, как у Гете, «согласие противоречий», которые бы сохраняли разумный баланс между недостижимыми целями. Задача эта совсем непростая. Оптимальных решений при наличии двух и более конкурирующих критериев существует бесконечное множество, и процедура выбора в конечном итоге оказывается субъективной, зависящей от множества факторов».

Концепция устойчивого развития подталкивает человечество к необходимости вырабатывать любое решение, принимая во внимание не только энергетические аспекты, но и экологическую безопасность, социальные проблемы. Качество окружающей среды требует от людей, от науки стремиться вперед, искать новые компромиссы в использовании технологий реальной жизни.

«Задача разработки новых веществ состоит не только в синтезе и расчете их свойств, но и в моделировании экологических последствий их применения, — резюмирует Сергей Артеменко. — Сегодня при помощи специальных моделей можно просчитать токсичность, воспламеняемость, воздействие на озоновый слой и потенциал глобального потепления, но и весь жизненный цикл создания такого вещества – от синтеза до утилизации. Образно говоря, «от колыбели до могилы».

Одесский ученый занимается созданием математических моделей сложных систем, которые позволяют находить новые вещества для современных потребностей промышленности и виртуально изучать их на всех уровнях, начиная от молекул и заканчивая эффективностью технологической системы, где используется это вещество.

«На последних этапах многих исследовательских проектов моя задача сводится к моделированию работы установок и аппаратов на новых разработанных веществах с помощью методов вычислительной флюидной динамики. Вот если и здесь будет положительный результат – тогда можно начинать тратиться на эксперимент, — говорит ученый. — Особенностью применяемых мною научных подходов является использование не дорогостоящих и длительных экспериментальных исследований, а применение достижений современных информационных технологий, в частности методов и моделей искусственного интеллекта».

«Информационные технологии значительно расширяют возможности ученых, — объясняет Сергей Викторович. – В настоящее время в результате влияния IT происходит непрерывный процесс перехода от накопления данных о свойствах веществ к их непосредственному использованию в технологических приложениях – другими словами, «знаниям». При этом компетенция и опыт одного эксперта заменяются «мудростью многих». Наконец, наблюдается смещение мотивации научных исследований: от традиционных фундаментальных «на всякий случай» к прикладным «точно в срок».

Перспективным классом новых рабочих тел являются нанофлюиды, которые применяются в трубопроводах для улучшения условий теплопередачи, минимизации загрязнения и расходов на прокачивание жидкости, а также миниатюризацию теплообменных систем.

Кстати, за исследования свойств наножидкостей Сергей Артеменко был удостоен гранта Президента и стипендии Верховной рады для наиболее талантливых молодых ученых – докторов наук.

Современные технологии (не только IТ) стремительно развиваются, и можно с большой уверенностью прогнозировать, говорит ученый, что в будущем не будет проблем с реализацией многих до сих пор кажущихся фантастическими идей — например, с криогенной заморозкой живых организмов. Можно вообразить, что спустя годы замороженный человек сможет очнуться и восстановить свои функции. У фантаста Александра Беляева описаны истории, участники которых, будучи подвергнутыми заморозке, становятся крохкими статуями, нежнее фарфора, и рассыпаются от малейшего прикосновения.

«Чтобы перейти от фантастики к этой новой возникающей технологии, нужны научные исследования свойств воды в метастабильном состоянии, — оптимистично рассуждает Сергей Артеменко. — Изучение аномалий жидкой воды при низких температурах и высоких давлениях – это путь к новым технологиям, которые важны не только как элемент научной фантастики, но и для прогнозирования сроков действия лекарственных препаратов, хранения пищевых продуктов, деградации белков и так далее. Такое разнообразие приложений – следствие того, что вода является очень сложной системой».

Новые вещества помогают значительно улучшать теплообмен установки, эффективность процесса. Как бы странно это ни звучало, но возможно получение холода даже из солнечной энергии. Для этого используются абсорбционные холодильные машины, эжекторные технологии. И опять проблема выбора рабочего тела для холодильной машины играет первостепенную роль в развитии этого типа оборудования.

Жизнь одесского ученого насыщена стажировками, общением с коллегами, постоянным познанием. Чтобы не отстать от новых тенденций, приходится все время быть в хорошей «научной» форме и непрерывно учиться. По признанию Артеменко, лучше всего учишься сам, когда что-то делаешь или как минимум кого-то учишь. Сергей Викторович сейчас читает лекции по дисциплинам, связанным с применением искусственного интеллекта на кафедре информационных систем и сетей национальной академии пищевых технологий.

Многие спрашивают Сергея Викторовича, нет ли у него мыслей об эмиграции.  

«Здесь, дома, я чувствую себя более комфортно, — искренне говорит ученый. – Я много раз бывал за рубежом. Первый международный научный опыт был еще в институте. Для меня иностранцы – это партнеры, коллеги, с которыми приятно общаться на равных. Существующие коммуникационные технологии позволяют решать многие задачи за сотни километров от дома. Что, действительно, важно сегодня – так это знание языков. Как ни странно, первоначальными факторами успеха развития хороших идей является не финансирование, а конкурентная интеллектуальная среда, свободный доступ к информации, азарт исследователей, стремление быть впереди. Про финансирование науки… Здесь будет, наверное, уместно процитировать Черчилля, который говорил, что успех – это умение двигаться от одной неудачи к другой, не теряя энтузиазма. Стажироваться в зарубежных лабораториях – очень интересно и полезно. А возвращаться хочется в Одессу…»

Автор — Ирэн Адлер, фото Алексея Кравцова