На кухне физхимиков: рисовая шелуха и гидрогели

Чем плоха рисовая шелуха и как она может заменить берёзу? И зачем закапывать в землю гидрогели? Обо всём этом рассказывают Роман Новоторцев и Яна Платонова, научные сотрудники лаборатории катализа и газовой электрохимии кафедры физической химии химического факультета МГУ.

— Правда ли, что вы занимаетесь переработкой рисовой шелухи?

— Да, это правда. Примерно девять лет назад к нам обратились работники сельского хозяйства и поинтересовались, нельзя ли решить эту проблему. Дело в том, что при выращивании риса и получении зерна, которое мы все едим, образуется большое количество отходов, до 20 процентов по массе. Это и есть рисовая шелуха. Всё бы ничего, но это такой предмет, который сам по себе в природе разлагается десятилетиями, а посевные площади риса в нашей стране год от года увеличиваются. Это культура, которая отлично себя чувствует в Краснодарском крае, Ростовской области. Соответственно отходов становится всё больше, и нужно что-то с ними делать. Доходило до того, что образовались огромные поля-отвалы, засыпанные этой шелухой. За это компании платили штрафы, но ничего сделать не могли. Просто закапывать в землю, сжигать — всё это не выход из сложившейся ситуации.

В итоге мы пришли к мысли, что нужно предложить какой-то новый способ переработки шелухи, который будет не просто её утилизировать, но и давать хороший, нужный продукт. Было много всего перепробовано, что-то было отсеяно, оказавшись невостребованным, но что-то оказалось интересным и нужным. И сейчас построен завод по переработке рисовой шелухи.

— Какова в этом ваша роль?

— Наша группа эту технологию и разработала. Суть в том, что сначала на заводе эта шелуха пиролизуется, или попросту сжигается при определённых условиях, в результате чего образуется зола. Она представляет собой источник химического сырья, два основных компонента — кремнезём, то есть оксид кремния, и углерод, уголь. Обычно в природе кремнезём — это песок. Он для химической переработки крайне неудобен, требует высоких температур, специального термооборудования.

А вот тот кремнезём, который находится в золе, легко перерабатывается. Получается продукт, который нужен всем. Я даже затрудняюсь сказать, где его нет. Он есть в пластиках, пищевых наполнителях, в таблетках, даже наполнитель кошачьего лотка — это кремнезём. Зубная паста состоит из него наполовину.

Фото Романа Новоторцева.

Второй продукт — уголь, который после сжигания и дальнейшей химической переработки оказался также крайне востребованным продуктом. Его можно использовать в качестве основного компонента батареек, суперконденсаторов. На эту тему у нас недавно вышла статья (Journal of Energy Storage), и мы продолжаем работать в этом направлении.

А второе направление — использовать его как сорбент для того чтобы, в первую очередь, удалить различные загрязнения из воды. Эксперименты говорят о том, что это действительно очень хороший сорбент. Для его получения не нужно рубить берёзу, как это обычно делается, а по своим характеристикам он превосходит большинство углей — даже тех, которые продаются в аптеке.

— Его можно употреблять как лекарство?

— Да, одна из наших работ — по сравнению такого угля с известными импортными и отечественными образцами. Доказано, что мы можем добиться такого же качества, как у импортных образцов, которые используются, например, при гемодиализе. А уж таблетированный уголь мы можем производить в любых количествах.

— Попробовали на себе?

— Попробовали. Работает замечательно. Хотя понятно, что путь в медицину всегда долгий и непростой. Но если ты уверен в результате, то почему не попробовать?

— Все живы?

— Не просто живы — эффект действительно есть. При отравлениях и ротавирусных инфекциях это незаменимое средство.

— Знаю, вы занимаетесь ещё и гидрогелями. А они для чего используются?

— Да, занимаюсь, и связано это в первую очередь с сельским хозяйством. Одно из распространённых применений гидрогелей — влагоудерживающий компонент. Для тех регионов, которые подвержены засухе и где осадки выпадают редко и неравномерно, это один из способов удерживать показатели урожайности на необходимом уровне. Эксперимент проводится нами уже в течение нескольких лет и на огромных площадях в сотни гектаров, поэтому эффект, помимо научно описанного в статьях, зафиксирован практически.

Обычно гидрогели используются либо для гидропоники, либо на отдельных фермах для выращивания фруктов и ягод. Многие видели в магазинах полупрозрачные разноцветные желеобразные шарики — это уже набухший полимер, в который можно опустить растения и забыть про полив на пару месяцев, а некоторые растения могут вполне себе существовать в таком своеобразном грунте, например, бамбук и орхидеи.

Фото Романа Новоторцева.

Здесь ситуация похожая, но мы свой гидрогель дополнительно модифицировали, используя собственные разработки, чтобы он работал в почве строго определённое количество времени и при этом не было никаких загрязнений и других побочных эффектов. Сейчас можно с уверенностью сказать, что мы прошли стадию основных исследований, и для внесения его в почву в Краснодарском крае уже собираются строить завод.  

— В чём оригинальность вашей идеи?

— Сама идея использования гидрогелей не нова, но конкретные составы, их исследования и масштабные испытания на площадях в сотни гектаров — это наша разработка.

— Чем ваши составы лучше уже известных?

— Дело в том, что существует целый ряд импортных марок гидрогелей, но их состав для нас закрыт. Отечественная промышленность в нужном объёме их не выпускает. Мы сейчас столкнулись с тем, что характеристики, заявленные производителем, не всегда совпадают с реальными. Например, срок жизни. Пишут, что в почве он будет удерживать влагу в достаточных объёмах в течение двух–трёх лет, а на самом деле оказывается, что уже на следующий год после внесения эффект сходит на нет. Наш эксперимент продолжается уже четыре года, и мы видим, что всё это время эффект от применения разработанного нами гидрогеля сохраняется.

— А может ли быть, что импортный состав не подходит для нашей почвы?

— Да, такое вполне возможно, поэтому все параметры всегда надо проверять. Однако применение происходит совместно с агрономами и почвоведами. Тут важен комплексный подход. Не просто разработка гидрогеля, но и его согласование со всеми заинтересованными организациями, длительный эксперимент. Даже если импортный состав идеально подойдёт, всегда надо делать ставку не на него, а на то, что мы сами сможем делать то, что нам подходит, потому что ни один производитель свои секреты не раскроет. Здесь же мы знаем всё и всегда можем что-то поправить, изменить рецептуру и правила внесения. Тесная связка учёных и агрономов и быстрая обратная связь — самое важное в длительных экспериментах. Это более удобно для тех же агрономов, да и вообще быть хозяевами положения выгоднее, чем пользоваться плодами чужого труда.