Газ в твёрдой оболочке и никелированный кобальт: как разработки Томского политеха меняют энергетику и медицину

В среду, 24 июня, на базе Томского политеха открылись две инновационные площадки.

Первая — участок никелирования мишеней для наработки специального кобальта-60. Вторая — пилотная линия для создания и использования газогидратов: «упакованного» в твердую оболочку газа, которым можно отапливать отдаленные населенные пункты.

Что это за разработки, для чего они нужны и какую практическую пользу принесут — рассказываем в нашем материале.

Ученые Томского политеха при поддержке концерна «Росэнергоатом» создали уникальный участок. На нем производится никелирование кобальтовых заготовок для дальнейшего облучения в реакторе, чтобы потом получить стерилизационный кобальт-60.

Зачем он вообще нужен?

Кобальт-60 используется в производстве источников гамма-излучения, которые применяются для:

• стерилизации пищевых продуктов, медицинских инструментов и материалов;
• обеззараживания и очистки промышленных стоков, твёрдых и жидких отходов;
• радиационной модификации свойств полимеров и изделий из них;
• радиохирургии;
• дистанционной и внутриполостной гамма-терапии
• и ряда других вещей.

Технология политехников построена на методе ионного распыления в вакууме: набор «болванок» помещают на «карусель» в специальную установку, где производится последовательное напыление. На заготовке в результате появляется никелевая пленка, которая обладает очень высокой адгезией и сохраняет целостность даже при экстремальных термических нагрузках. При этом метод экологически чистый, «сухой» физический процесс.

Открытый в рамках Томского международного энергетического форума производственный комплекс состоит из трех линий: сектора входного контроля, технологического участка пробоподготовки и нанесения покрытий, а также зону выходного контроля, где проверяется геометрия изделий (в том числе и под микроскопом), качество адгезии, а также финальная подготовка изделий.

На последнем этапе определенная выборка образцов помещается в печь. Там она проводит сутки при температуре 500 градусов — это последнее квалификационное испытание. Разработанная томскими учеными технология позволяет получать не менее 100 готовых изделий в сутки.

После прохождения по производственной линии продукт — небольшой цилиндр из стабильного изотопа кобальта-59 — отправляется на реактор РБМК, где проходит длительное облучение (сам реактор продолжает работать в штатном режиме).

После воздействия радиации продукт трансформируется: кобальт-59 превращается в радиоактивный изотоп кобальта-60. Его активно используют при стерилизации медицинских изделий, дезинсекции продуктов, радиационной модификации полимеров и решении экологических задач.

После открытия производственной линии томским ученым предстоит пройти комплексную аттестацию созданного участка. Предполагается, что она займет два-три месяца. Аттестацию будут проводить в том числе представители дивизионов «Росатома» и главный конструктор реакторных установок типа РБМК. После этого будет запущено серийное производство.

В рамках энергетического форума в Томском политехе началась сборка первой в России пилотной испытательной линии использования газовых гидратов — соединения газа в водной оболочке, своего рода «горючего льда», который можно применять в том числе и для отопления отдаленных населенных пунктов.

Сами по себе гидраты хорошо известны в энергетике. Их добывают со дна морей и океанов, но сегодня нет налаженной технологии их применения ни в промышленности, ни в быту. Проблема заключается в отсутствии эффективной технологии зажигания и транспортировки «горючего льда». Ее и намерены решить политехники.

— Перед нами стояла базовая задача — создать линию транспортировки газа в твердом виде, когда можно обеспечить газоснабжение тех поселков, населенных пунктов, куда сложно провести трубопровод или привезти КПГ. Но когда мы стали двигаться по этой цепочке, сопровождающие проблемы, связанные с интенсификацией, синтезом, регазификацией и хранением, привели к тому, что нужно формировать целую отрасль. И вот этот город рождается с каждым шагом за счет дополнения определенного этапа при появлении этих сложностей или проблем, — отметил сопредседатель международного научного комитета форума, заведующий лабораторией тепломассопереноса ТПУ Павел Стрижак.

Предполагается, что производственная линия будет состоять из трех блоков. На первом планируется производить подготовку газа — адаптировать сырье для будущего «горючего льда». В ход пойдет как природный, так и попутный, свалочный или шахтный газ.

Далее подготовленное сырье, по мысли ученых, поступит на второй блок, где будет проходить непосредственно синтез гидратов. Для этого используются реактор, насосы высокого давления и баки водоподготовки и смешения. Полученные материалы в виде своеобразных пеллет, будут укладывать в гидратную «батарейку», в которой «горючий лед» и будет поступать конечному потребителю.

На третьем блоке производственной линии томские ученые отрабатывают транспортировку газогидратов. Здесь разместят установки, которые позволят превратить продукт в обычный газ. Специалисты собираются моделировать три вида потенциальных потребителей этого топлива: частный дом с котлом, сжимную компрессорную станцию и предприятия с газовой электростанцией.

— За одну рабочую смену такая установка способна генерировать примерно 200 литров газогидрата. Такими объемами можно отапливать небольшой коттеджный поселок. Топливо планируем доставлять до потребителей в твердом виде в специальных цистернах. При нагреве газогидрата высвобождается газ, который сразу можно использовать для отопления жилых помещений и бытовых нужд. Это решение особенно актуально для отдаленных населенных пунктов, оно позволяет обойтись без прокладки газопроводов и возведения дополнительной инфраструктуры, — уточнил и.о. руководителя молодежной лаборатории газовых гидратов ТПУ Никита Шлегель.

По замыслу ученых, производственная линия в дальнейшем будет дооборудована дополнительными комплексами по пожаротушению. Появится участок, где займутся получением гидратов из углекислого газа. Их, в свою очередь, будут использовать в гидратных огнетушителях и бомбах, которые также применяются для ликвидации возгораний.

Предполагается, что за смену на производственной линии можно получить около 200 литров газогидрата, что эквивалентно 32 тыс. кубометров природного газа. По словам ученых, этого объема может хватить, чтобы в течение зимнего месяца отапливать небольшой поселок.

После тестирования и проведения исследований на определение масштабируемости всех эффектов работы линии ученые совместно с индустриальным партнером планируют разработать и сертифицировать мобильную технологическую линию газовых гидратов. Планируется, что в 2027 году она отправится на месторождение потенциального заказчика в Якутию для отопления поселка. Конечная цель ученых — разработать и апробировать технологии газовых гидратов для масштабируемого внедрения в системы отопления и реальное использование.

— Перед нами стоит масштабная задача. По сути, это новая отрасль — в промышленном объеме, в промышленном масштабе в стране это пока не реализовано. Необходимо было сформировать реализуемую стратегию, технологию, найти производителей оборудования, которые смогли бы это сделать. За полтора года вместе с индустриальными партнерами удалось пройти всю эту цепочку. Сейчас мы договорились о производстве блоков на реальных заводах и запускаем испытательную пилотную линию. Надеемся, что к концу года она заработает на площадке Политеха, чтобы по прототипу, по этому проекту отладить все этапы и дальше создавать подобные блоки уже для месторождений, — подчеркнул Павел Стрижак.

Текст: Егор Хворенков

Фото: Савелий Петрушев

Подписывайтесь на наш телеграм-канал «Томский Обзор».