Назарбаев университетінің профессоры, химия инженері Нұршат Нұражы бастаған бір топ ғалым мұнайдан өңделетін дәрі-дәрмекті тірі ағзалардың қалдығынан алу жобасын іске асырып жатыр. Кейін осы инженериялық шешім арқылы Қазақстанның мұнайға негізделген экономикасын әртараптандыруға үлес қоспақшы.
12 молекуланың құпиясы
Бірден айту керек, биомассаны мұнай орнына өңдеп пайдалану идеясы әлемде талайдан бері айтылып жүр. Бірақ теорияны іске асырудың нақты жолын әлі ешкім дөп басып таба қойған жоқ. Сондықтан ғалымдар өзара ғылыми бәйгеге түсіп жатыр деуге болады. 2019 жылдан бері осы жарыста Қазақстан да бақ сынап жатыр.
«Мұны біз өз арамызда «биоқалдықтардан материал өндіру жобасы» дейміз, өте ауқымды жоба. Мақсатымыз – биоқалдықтардан дәрі жасау. Дәрі болсын, резеңке болсын, полимер болсын, басым көбі мұнайдан химиялық жолмен алынады. Ал бұл материалдың адам өмірінде қолданылмайтын саласы жоқ. Фармацевтика, құрылыс, косметика, энергетика, киім индустриясы, ғарыш, электроника, жиһаз шаруашылығы, тамақ өнеркәсібі, бәрі-бәрі мұнай өнімдерін өте көп «тұтынады». АҚШ-тың Энергетика министрі өсімдіктен алынатын 12 молекуланы атап, «осылардың реакция тізбегін ашсақ, мұнайға тәуелділіктен құтыламыз» деген. Осы тәсілмен дәрі-дәрмекті де биоқалдықтардан алуға болады. Соның ғылыми жолын, химиялық тізбегін жобалап жатырмыз. Дәріні алу жолын тапсақ, полимер алуға көшеміз. Бірақ тездетпесек, кеш қалуымыз мүмкін. Өйткені бүкіл әлем қазір осы 12 молекуланың төңірегінде жарысып жатыр. Кім бірінші болып тізбекті дәлелдесе, патенттер соның меншігінде кетеді», – дейді ғалым.
Бұл жерде биомасса ретінде шөптің, ағаштың, балдырдың, малдың, балық пен құстың тіндерін, сүйектің, жүн-терінің түрлі қалдығын пайдалануға болады. Биомассаны реакторға салып, қыздырады. Одан кейін ерітіндімен араластырып өңдейді. Осы реакциялардың әсерінен бөлініп шыққан целлюлоза мен сұйықтықты тазартып, арнайы құрылғы көмегімен сынақтан өткізеді.
«Неге биоқалдықтарды таңдап алдық? Мұнай – сарқылатын ресурс. Ал биомассаның кейбір түрі тіпті бір аптаның ішінде қайта өнеді, яғни жаңартылатын ресурс деуге болады. Мұнай сарқылғаннан кейін жер қыртысында қайта пайда болып, пісіп жетілгенін миллиондаған жылдар бойы күте алмаймыз.
Бізге биомассаның тегі соншалық маңызды емес. Өсімдіктен де, ағаштан да бола береді. Целлюлоза алынса жетіп жатыр. Қазір химиялық реакцияның жолын жобалап жатырмыз. Негізі ол реакция жолы дайын. Енді соны түрлі жағдайда сынап, тиімділігін дәлелдеуіміз керек», – дейді профессор.
Ғылыми топ өздері ойлап тапқан реакцияны Англиядан арнайы алдырған қондырғы арқылы тексеріп өндіреді.
«Дәрі шығаратын зауыттарға барсаңыз, шикізаттан дәрі алғанға дейін өндірістің әр сатысы түрлі цехта өтетінін көресіз. Ал мына қондырғы сол өндірістік процесті біртұтас үздіксіз тізбекке тізіп бере алады. Мына тұрған құрылғы биомассадан үздіксіз процесс арқылы ақырғы өнім алатын үлкен өндірістік кешеннің кішірейтілген макеті деуге болады. «Ағынды химия» деген жаңа сала бар. Біз сол саланы зерттеп жатырмыз. Бір сөзбен тоқтамайтын реактор деп атауға болады. Мынаны түсінуіңіз керек, біз бұл құрылғы арқылы жаңа дәрі ойлап таппаймыз. Нарықта бар, мұнайдан жасалатын химикаттарды биомассадан да алуға болатынын дәлелдеп, соның инженериялық тізбегін түзіп шығамыз», – дейді Нұршат Нұражы.
АҚШ-тан атажұртқа
Маман қазақ ғылымының жаңалықтары өндіріспен қанаттасып дамымай жатқанын ғылыми инженерия бағытының кенжелеп қалуымен байланыстырады. Осы ойын Президент жанындағы Ғылым және технологиялар жөніндегі ұлттық кеңеске де жеткізіпті.
«Ақордаға барғанда отандық өнім үлесін көбейтуге ғалымдар үлес қосу керектігі көп айтылды. Отандық өнімді көбейту үшін әуелі зауыт салу керек. Ал зауытты жобалау үшін инженер керек. Бізде ғылыми жобалар баршылық. Соны зауытқа икемдеп жобалайтын маман тапшы. Сондықтан көп сәтті ізденістер мен өнертабыстар теория сатысында қалып отыр. Қазақстанда Назарбаев университетінен басқа оқу орындарында химия инженерін даярлайтын оқу бағдарламасы жоқ.
Қазақстан биомассаға өте бай мемлекет. Осы әлеуетімізді пайдалану керек. Мұнайдан алынатын полимеріңіз де, резеңкеңіз де өте баяу ыдырайды. Қоршаған ортаны жылдар бойы ластап жатуы мүмкін. Ал биомассадан алынған полимерлер тез ыдырап, жоғалады. Табиғатқа ешқандай зияны жоқ.
Жаңа айтқан 12 молекуланың 1-2 түрімен ғана айналысып жатырмыз. Сол 1-2 реакцияның өзін зерттеуге ондаған адам жұмылдырдық. Ал 21 молекуланың бәрін зерттеу үшін үлкен команда, қомақты ақша, орасан инфрақұрылым керек», – дейді профессор.
Әңгіме кезінде ғалымның көп терминді ағылшынша айтатынын, қазақшадан гөрі ағылшыншаға жүйріктігін, қиналған сәтте сол тілде сайрап кететінін аңғарғанбыз.
«PhD докторлықты Америкада қорғадым. Мектепті Қытайда оқығанмын. Қытайдың Шыңжан университетінде, кейін Қытай ғылыми академиясында магистратура оқып, PhD-ді Америкада қорғадым», – дейді өзі.
АҚШ ғылымына 24 жыл еңбек сіңірген отандасымыз әйгілі МІТ-де жеті жыл жұмыс істеп, кейінгі жылдары Техас технологиялық университетінің химия инжиниринг факультетінде профессор ретінде шәкірт тәрбиелеген.
«Кейін елге оралып, Назарбаев университетіне орналастым. Бұл жерде PhD бағдарламаны өзім жобаладым, яғни шәкірт қабылдау, оқыту, тәжірибе жасау, технологияны зерттеу жұмыстарының бәрі америкалық үлгімен жасақтап шықтым.
2000 жылы АҚШ-тағы Индиана штатының Indiana University-Purdue University Indianapolis-те (IUPUI) Паул Дубин деген еврей профессордың зертханасында жұмыс істеп жүрген кезде мықты полимерші Сарқыт Құдайбергенов дейтін қазақстандық ғалыммен таныстым. Өзі Семейдің қазағы. Сол кісі бір шәкіртін тәжірибе алу үшін Паулға жібермекші болады. Александр Дидук деген жігіт сол Сарқыт ағаның тапсыруымен Америкаға келді де екі ай бойы қасында жүріп, көмектестім. Сол таныстықтан кейін Сарқыт аға мені өзіне шақырды. Бірақ алғаш рет тек 2011 жылы кездестік. Қазақстанға бірінші рет сол кезде келдім. Абай атамыздың басына сол кісі алып барды. Осыдан кейін жыл сайын Қазақстанға келіп тұратын болдым. Қазақстаннан барған 14-15 PhD студентке Америкада жетекші болып, доктор етіп тәрбиеледім. Кейбірін өзім жұмыс істеген Техас технологиялық университетіне алдырып, зертханада жұмыс істеттім. Өйткені Қазақстанда ондағыдай құрылғы жоқ», – дейді ол.
Сутегі энергетикасының бәйгесі
Ғалымның Қазақстанға келген шағы COVID-19 пандемиясына дөп келген.
«Пандемия кезінде химиялык инжиниринг PhD бағдарламасын АҚШ-тағы тәжірибеме сүйене отырып жобалап шығардым. Содан бері осында директормын. Кейін жобаларға гранттар ұтып ала бастадық. Келгенде жалғыз едім. Қазір 50 адам болдық. Бір-біріне ұқсамайтын 7 түрлі бағытта 7 топпен жұмыс істеп отырмын. Мысалы, сутегі энергиясын пайдалану жобасына 1,3 млрд теңгенің грантын ұтып алдық. Оның сыртында Президент жанындағы ғылыми кеңестің жұмысына атсалысуға тырысамын», – дейді ғалым.
Бұл айтып отырғаны – Ғылым және жоғары білім министрлігі бөлген үлкен грант.
«Қазақстанның келешегі сутегі энергиясы болу керек. Өйткені Қазақстан бүкіл әлем алдында 2060 жылға қарай көмірсутек қуатынан толықтай бейтарап ел болуға міндет алып отыр. Ал біздегі электр қуаты әлі көмірден, газдан алынады. Келешек сутегіде деп отырғанымыз сол. Сутегі мұнайға қарағанда энергияға үш есе бай. Тек оны қауіпсіз ажыратып, генерациялап ұстап тұру қиын. Мысалы, газбен жүретін мәшинемен ұзақ жолға шығу қазір қиын. Өйткені бакты қанша толтырып шықтым дегеннің өзінде ұзап кете алмайсың. Бензин оған қарағанда неғұрлым ұзаққа жетеді. Өйткені бензиннің тығыздығы газға қарағанда күштірек. Сутегінің тығыздығы бензиннен күшті. Мысалы, Fuel Cell деген батарея бар. Қазақшалап айтсақ, отынға негізделген батарея ғой. Ауада 25 процент оттегі бар. Осы Fuel Cell батарея сутегі мен оттегіден ток шығарады. Мәшине осы токпен жүре береді. Бірақ бұдан шығатын қалдық – су, ауаға ешқандай зияны жоқ», – деп түсіндірді профессор.
Жоба жетекшісі бізді университет ғимаратының бірнеше қабатында шашырай орналасқан зертханаларға кезек жетелеп жүріп, жобаның әр сатысымен жеке таныстырды.
«2060 жылы сутегі энергиясына өтеміз десек, осы жобаны барынша жылдам іске асыру керек. Сутегіні әр түрлі жолмен аламыз. Біреу суға кернеу беру арқылы ыдыратып, бөліп алады. Бұл – бұрыннан бар технология. Біздікі – күн энергиясының көмегімен суды ыдыратып, сутегі мен оттегіні ажыратып алу. Дүние жүзінің ғалымдары осы бағытта жарысып жатыр.
Сутегі – газ. Осы жерден аккумуляция мәселесі шығады. Мысалы, көлікке пайдалану үшін газдың үлкен баллонын орнату тиімсіз. Сол үшін сутегіні қатты денеге айналдыруымыз керек. Кесек секілді батарея ретінде көлікке орнату әлдеқайда жеңіл. Ал ток алуға қажетті оттегіні ауадан алады. Бүкіл әлем ғалымдары осының ең тиімді жолын іздеп, жарысып жатыр», – дейді Нұршат Нұражы.
Тағы бір мәселе бар. Сутегі мен оттегі әрекеттескенде жарылыс болады. Сондықтан газ күйіндегі сутегінің ең төменгі концентрацияларын ажыратып алу маңызды.
«Біздің осы бағыттағы зерттеулерімізді әлемдегі өзге әріптестеріміз де жоғары бағалап отыр. Халықаралық ғылыми басылымдарға шыққан мақалаларымыз соған дәлел. Ток өткізгіш полимерден жасалған сезгіш құралымыз айрықша сенсордың көмегімен сутегі газының 5 ppm концентрациясын сезе алады. Қазір қолданыстағы технологиялардың мүмкіндігі сутегі газының 50 ppm концентрациясын анықтай алады. Басқаша айтсақ, қазіргі технологиялар газ концентрациясын 0,05 пайыз деңгейінде сезе алады. Біздікі бұдан 10 есе төмен концентрацияларды анықтай алады. Осы жаңалығымыздың өзін әлемдегі ғылыми қауымдастық жақсы бағалап жатыр. Бірақ арқаны кеңге салуға әлі ерте. Өйткені ғылымы дамыған елдің бәрі осы жарысқа «ат қосып» отыр. Шаң қауып қалсақ, өзгенің патенттелген технологиясын пайдалануға тура келеді», – дейді ғалым.
