Биоэнергетика — наука о механизмах и закономерностях преобразования энергии в живых системах — переживает сегодня стремительный подъем. Накопленные за последнее десятилетие знания и наработанные технологии открывают возможности, которые до недавних пор описывались в фантастических романах. О проектах завтрашнего дня, которые уже сегодня реализует НИЦ “Курчатовский институт”, а также о его роли в координации этих исследований “Поиску” рассказал руководитель Курчатовского комплекса нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных (НБИКС) технологий доктор биологических наук Раиф Василов.
— Раиф Гаянович, все знают, что под эгидой Курчатовского института объединена значительная часть ядерно-физического комплекса России. А вот о роли центра в биологических исследованиях, и в частности в биоэнергетике, известно значительно меньше. Расскажите об этой стороне работы вашей организации.
— Курчатовский институт давно и успешно занимается исследованиями в области биологии. Интересно, что расположенный бок о бок с нами на площади академика Курчатова Институт молекулярной генетики РАН вырос из соответствующего отдела тогда еще Института атомной энергии, созданного по инициативе И.В.Курчатова в те годы, когда в стране шли гонения на генетику.
В 2009 году на базе, прежде всего, Курчатовского специализированного источника синхротронного излучения, нейтронного реактора, суперкомпьютера был создан НБИКС-центр, одной из главных задач которого стало воспроизводство природоподобных систем, разработка технологий, стирающих грань между живым и неживым на основе синтеза научных дисциплин. Конвергенция новейших научно-технологических направлений изучения живой природы и человека как ее части обеспечивает синергетический эффект и формирует принципиально новые свойства получаемых материалов и систем.
Создателю НБИКС-центра Михаилу Валентиновичу Ковальчуку удалось собрать вокруг идеи конвергенции команду из крупнейших российских ученых, и в частности специалистов в области биологии, биоинформатики, нанотехнологий. Возник уникальный, даже по мировым меркам, исследовательский центр, опирающийся на научно-технологическую и кадровую базу Курчатовского института. Сегодня в Курчатовском НБИКС-центре работают более 700 человек, а спектр решаемых нами задач необычайно широк. Ведутся исследования по геномике, созданию искусственных тканей и органов, получению различных видов топлива на основе возобновляемых биоресурсов, изучается строение биомакромолекул и элементов клетки на всех уровнях ее организации, осуществляются нейрокогнитивные исследования, развиваются ядерная медицина, биофармацевтика. Важное звено — центр высокопроизводительных вычислений на базе суперкомпьютера, где обрабатывается и хранится информация, поступающая из всех отделов и лабораторий.
НБИКС-центр активно взаимодействует с ведущими научными и производственными организациями страны и включается в крупные международные программы, направленные на решение, в том числе, биологических проблем.
— Курчатовский институт не только ведет исследования в этих прорывных областях, но и координирует ряд направлений. Как это происходит?
— С момента своего создания Курчатовский институт решал важнейшие для страны практические научно-технические задачи на основе междисциплинарного подхода. Это относится и к Атомному проекту, ведущая роль в котором Курчатовского института известна всем. Ядерная физика и космос в XX веке определили уровень технологического и экономического развития, которого достигла наша страна.
Сегодня на передовые рубежи выходят биотехнологии. Роль нашего национального исследовательского центра как системообразующего элемента российского инновационного комплекса состоит в том, чтобы быть интегратором усилий многих научных коллективов, организаций, компаний. Именно поэтому НИЦ “Курчатовский институт” в лице его директора Михаила Ковальчука выступил в роли инициатора, а затем и стал организацией — координатором Технологической платформы (ТП) “Биоэнергетика”. Кроме того, наш институт принимает участие в работе более 10 из 35 действующих в стране российских ТП.
— И как все это работает?
— Технологическая платформа “Биоэнергетика” объединяет более 150 заинтересованных организаций — НИИ, вузов, малых и средних бизнес-компаний. ТП — это не административная структура, а коммуникативная площадка, которая сводит перечисленных участников процесса и власть в лице профильных министерств и ведомств на федеральном и региональном уровнях. Правильная организация их взаимодействия позволяет обеспечить непрерывность инновационной цепочки: получение новых знаний, создание на этой основе передовых технологий, их внедрение через действующие компании и доведение до конечного потребителя.
Этот инструмент научно-технической политики, с успехом применяемый в Европе, оказался весьма эффективным и у нас. Технологические платформы заработали недавно, в 2011 году, но уже проявили себя с лучшей стороны.
— Куда движется технологическая платформа “Биоэнергетика”?
— Основная задача, которую решает наша ТП, — развитие малой распределенной энергетики на основе доступных биоресурсов. Парадокс, но в России с ее огромными нефтегазовыми запасами две трети территории не охвачены централизованными электросетями. В отдаленных регионах наиболее эффективный способ решения энергетической проблемы — использование местного сырья. В основном это биологические материалы: древесная биомасса, продукция сельского хозяйства, отходы жизнедеятельности животных и человека, промышленных производств. Эффективная переработка этих биоресурсов во многих случаях решает не только энергетические, но и экологические проблемы регионов. Приведу в качестве примера ситуацию с одним из самых уникальных возобновляемых источников энергии, которого у нас больше, чем угля, нефти и газа вместе взятых. Речь идет о торфе, на котором, между прочим, работали первые электростанции в России. Сегодня эта отрасль практически исчезла, на заброшенных выработках возникают пожары. Между тем вернуть торф в оборот вполне возможно. Как и в случае с другими источниками биосырья, для этого необходимо разработать и сделать доступными и окупаемыми самые передовые технологии его переработки. Очень важно параллельно выстроить нормативно-правовую базу, которая бы, как минимум, не препятствовала, а лучше — способствовала этой деятельности. Это задача не из легких. Так, оборот торфа сегодня регулируется сразу тремя кодексами, да и с другими видами биоресурсов не все просто.
— Что вам уже удалось сделать?
— Мы разработали Стратегическую программу исследований, включающую научные и технологические задачи на ближнюю и дальнюю перспективу. В нее вошли исследования в области живых систем, новых материалов и даже механизмов управления. Определены технологии, которые доступны уже сегодня, круг компаний, готовых их внедрять и имеющих подобный опыт, потенциальных потребителей, заинтересованных в результате. На разных уровнях проведено несколько серьезных совещаний. В начале года в Белгороде состоялось заседание президиума Совета при Президенте РФ по модернизации экономики и инновационному развитию России, посвященное возобновляемым источникам энергии. Там был сформирован ряд поручений технологическим платформам, работающим в этом направлении. Поставлены, например, задачи разработать меры по поддержке существующих и организации новых центров масштабирования, создавать и коммерциализировать технологии, а также подготовить предложения по НИР и НИОКР в области промышленных биотехнологий. Мы уже представили правительству 55 проектов с проработанными бизнес-планами, с привязкой к конкретным площадкам и инвестиционным схемам.
— Какие технологии вы продвигаете?
— Перечислю лишь некоторые. Генерация тепловой и электрической энергии из биомассы, создание и переработка биоматериалов, получение твердого биотоплива — пеллет, производство биогаза, энергетическая утилизация отходов (анаэробное сбраживание, безотходное сжигание), получение моторных топлив, причем не только первого поколения — из пищевого сырья, но и второго (переработка целлюлозы), третьего (на основе целенаправленно выращенных фотомикроорганизмов), четвертого (прямой синтез биотоплива из углекислоты генетически модифицированными микроорганизмами).
Подчеркну, что все упомянутые направления являются областью приложения серьезной науки и высоких технологий. Многие участники ТП “Биоэнергетика” уже запустили пилотные установки, в которых реализованы отечественные разработки. Мы, в свою очередь, оказываем организационную поддержку, помогаем сориентироваться в мировом опыте. Отдельная организация или ученый не в состоянии отследить все тенденции бурно развивающегося направления. Благодаря тесному взаимодействию нашей ТП с Международным энергетическим агентством (МЭА), Россия получила в этой структуре статус наблюдателя. Теперь мы работаем рука об руку с самыми продвинутыми организациями в мире: участвуем в обсуждении проблем, используем результаты, предлагаем свои решения. В прошлом году вместе с МЭА провели в Курчатовском институте конференцию по биоэнергетике для стран Восточной Европы. По ее итогам был сделан вывод: хотя Россия позже многих включилась в разработку этой темы, ее потенциал очень высок, страна имеет необходимые предпосылки для успешной деятельности в этой сфере.
— Расскажите об актуальных научных задачах в области биоэнергетики, которые решают ученые НБИКС-центра.
— Обозначу несколько наиболее интересных направлений. Вместе с партнерами из “Росатома” мы разработали и изготовили установку, позволяющую получать электроэнергию с помощью возобновляемых источников, хранить ее и, когда возникает необходимость, выдавать в регулируемом режиме. Роль накопителя энергии играет водород, вырабатываемый в ходе электролиза воды, который проводится по уникальной методике, созданной в нашем институте. Полученный газ под высоким давлением закачивается в баллоны, а потом подается на специальные электрогенераторы. Эту модель можно тиражировать и использовать в разных вариантах — в зависимости от того, какие источники возобновляемой энергии доступны в данной местности.
Очень горячая тема — разработка специальных биотопливных элементов, позволяющих бесперебойно обеспечивать электричеством имплантируемые микроустройства (кардиостимуляторы, чипы). Энергия в данном случае вырабатывается за счет биохимических процессов, происходящих в организме человека, с использованием соединений, находящихся в крови и других биологических жидкостях. Как и макроэнергетические установки, эти нанобиоустройства включают три основных элемента, которые обеспечивают выработку, хранение и использование энергии.
Еще одно перспективное направление — комплексная переработка биомассы фотомикроорганизмов, из которой можно получать не только моторные биотоплива, но и другие вещества с заданными свойствами. Мы отрабатываем эффективные технологии выращивания и использования биомассы под конкретные задачи: от “зеленого” топлива и ценных компонентов для фармацевтической промышленности на Земле до технологий замкнутого цикла для обеспечения продуктами питания людей, работающих на удаленных объектах, в том числе космических станциях.
Главная задача, которая перед нами стоит, — понять спе-цифику работы молекулярных механизмов, обеспечивающих биоэнергетические процессы в живых системах, и на основе этих принципов научиться производить энергию для обеспечения потребностей человека. Эти технологические решения позволят людям максимально эффективно использовать имеющиеся природные ресурсы и при этом не наносить урон экологии, жить в гармонии с окружающей средой.
Подготовила
Надежда ВОЛЧКОВА
Фото пресс-службы НИЦ “Курчатовский институт”
Нет комментариев