Самолёт на рапсе: в Красноярске мечтают о биотопливе нового поколения

— Владимир Викторович, расскажите, в чём суть ваших исследований.

— В фокусе нашего внимания — создание новых видов топлива, в которых сочетались бы традиционные компоненты на основе нефти и других видов ископаемого сырья с самыми разнообразными биологическими материалами. Изначально в их качестве мы рассматривали именно растительное сырьё, которое специально выращивается в крае, например рапс, рыжик. Но затем в нашей лаборатории тематика была расширена: источником биомассы могут стать самые разные продукты, например, отходы лесозаготовительного производства и то, что производит человек. Вовлекая различные источники сырья, мы можем оптимизировать процесс, делать биотопливо менее дорогостоящим.

Если кратко, то задача исследований сегодня, с одной стороны, — получение компонентов, пригодных для нового горючего, а с другой (и это существенная часть нашей работы) — создание оборудования для его производства.

Так что мы не ограничиваемся химико-физическим направлением. Напротив, это вопросы технологического и технического характера. Есть задача выйти на программные системы, которые позволят создавать локальные биотопливные производства. Растительная база в разных регионах своя, и исходя из этого могут быть существенные различия технологий. Мы хотим создать инструменты, которые позволят достаточно быстро разворачивать технологическую цепочку в любом месте.

— Насколько это передовой край науки, ведь работы по созданию биотоплива ведутся в мире давно?

— Да, биотопливные технологии серьёзно развиваются примерно два десятилетия. Но до сих пор остаются вопросы, связанные с сырьевым разнообразием и энергоёмкостью процесса. Биотопливо нового поколения — это более разнообразное сырьё, усложнение производства, повышение его энергоэффективности. Важно, что биологическое сырьё не рассматривается как единственный компонент топлива — оно так или иначе сочетается с традиционными видами топлива, характер которых также зависит от географии производства и конкретных требований в регионах и странах.

В общем, процесс производства биотоплива циклический, он переходит от одного этапа к другому, и сегодня мы говорим о диверсификации источников, росте энергоэффективности, адаптации под условия макрорегиона. Работа идёт параллельно в нескольких странах: исследования дополняют друг друга, чтобы в конечном итоге выйти на универсальный результат.

— Вы сотрудничаете с учёными из других стран?

— Есть успешный опыт сотрудничества с учёными из Германии по нескольким научным проектам. В рамках нашей лаборатории также работает научный сотрудник из Туниса, окончивший у нас магистратуру.

— Есть ли у нас в крае нестандартные источники биотоплива?

— Мы начинаем с традиционных видов, но, возможно, будем рассматривать и отходы лесопиления. Правда, целлюлоза и другие компоненты древесины — это трудноизвлекаемые и трудноразлагаемые вещества. Есть и такой источник, как быстро растущие водоросли. А благодаря тому, что лаборатория находится в Институте нефти и газа, мы имеем доступ к компонентам углеродного происхождения. Одним из компонентов биотоплива могут стать продукты газификации различных видов углей, которые составляют сырьевую базу нашего региона.

— То есть проект сейчас — в самой начальной стадии?

— Да, на стадии инициализации. Что мы имеем сейчас? Хорошую лабораторную базу, представление о том, каким стандартным характеристикам должно соответствовать биотопливо. В последние несколько месяцев коллектив лаборатории, это 32 человека, активно ведёт исследования: рабочие группы созданы, чтобы решать задачи физикохимии, отбора компонентов, поиска сырьевой базы. Дальше появятся вопросы об оптимальном составе биотоплива, соответствии требованиям к энергоэффективности и стоимости.

Для получения первых результатов, сравнимых с аналогичными в мировом масштабе, нужно примерно 2,5 года. Если в конце 2023 года результаты окажутся конкурентоспособными, до 2030 года, надеюсь, появятся готовая технология и сам продукт.

— Где прежде всего он будет использоваться?

— Ключевая особенность будущего биотоплива в том, что оно предназначается для использования в традиционных двигателях внутреннего сгорания. Это автомобильная и специальная техника, для которой биотопливо заменит обычный бензин. Применение даже продукта первого поколения даёт снижение выбросов, транспорт становится более экологичным.

Второй положительный момент состоит в том, что при производстве биотоплива получается замкнутый цикл использования углерода: растения поглощают CO2 из атмосферы, они перерабатываются, сжигаются, диоксид углерода выбрасывается и снова поглощается. Этот круговорот карбона, как сейчас принято говорить, — одно из условий зелёной экономики. Как известно, одна из претензий к России сегодня — значительные выбросы диоксида углерода в атмосферу. Использование биотоплива поможет решить эту проблему.

— А электродвигатели? Не являются ли они более перспективным решением?

— Это многозначный вопрос. Если энергия для электродвигателей производится на станциях при сжигании угля, то итоговые выбросы не уменьшаются, а лишь перераспределяются. Кроме того, происходят потери энергии при транспортировке от станций до зарядных пунктов.

Но главное — одномоментно отказаться от двигателей внутреннего сгорания невозможно. Существуют традиционные виды отраслей, где электродвигатели неприменимы в силу климатических особенностей и технологической базы. Например, это сельское хозяйство, лесозаготовки, нефтедобыча, которая движется во всё более северном направлении. Вопрос эксплуатации электротехники при низких температурах пока не имеет явного решения. Вполне вероятно, что в отдельных отраслях замещение электрическими двигателями произойдёт, но требуется развивать биотопливные технологии для традиционных двигателей.

— Зачем вообще смешивать бензин с биотопливом?

— Сегодня чистое биотопливо не обеспечивает необходимых характеристик работы двигателей. Но пока нет и возможности полностью заменить традиционные виды топлив, учитывая огромные объёмы потребления. А вот биотопливные смеси дают снижение вредных выбросов.

Биокомпонент хотя бы частично обеспечивает замыкание углеродного цикла в случае использования растительного сырья. А при использовании других компонентов биотопливных композиций мы обеспечиваем эффективное возвращение в круговорот огромных масс неиспользуемых отходов, загрязняющих окружающую среду.

— Биотопливо будет стоить в перспективе как обычный бензин?

— Это тоже серьёзный вопрос. Пока оно конкурентоспособно только при субсидировании производства. Как я уже говорил, нам надо выйти на оптимальные технологические цепочки и сырьевую базу. С учётом критерия энергоэффективности производство биотоплива в перспективе, при его масштабировании, должно сравняться по стоимости с производством традиционных видов горючего. Возможно, оно станет даже более дешёвым, чем бензин.

— Какие компании края заинтересованы в тематике вашей работы, есть ли уже реальный заказ со стороны промышленников?

— Как ни странно, такой запрос мы услышали от нефтеперерабатывающих предприятий, например, от Ачинского НПЗ. Требования декарбонизации предъявляются к промышленности края со стороны внешних и внутренних партнёров. Есть запрос на биотопливо и от нескольких сельскохозяйственных предприятий, для которых сырьевая база будет максимально дешёвой.

— Проект по биотопливу входит в список стратегических проектов СФУ по федеральной программе «Приоритет 2030». Что вы считаете самым важным в ней, как она изменит будущее?

— Если правильно расставить приоритеты, это шанс выйти на новые лидерские позиции, повысить конкурентоспособность университета. Хорошо, что выбрана экологическая повестка, причём глобальная, а не обусловленная только местной проблематикой. Если будет получено дополнительное финансирование, можно найти конкретные решения для индустриальных заказчиков, чтобы, к примеру, они покупали технологии не за границей, а у нас. Я надеюсь, участие в программе «Приоритет 2030» сможет задать новые перспективы.

— Экологические проблемы в Красноярском крае волнуют не только предприятия, к которым предъявляют «зелёные» требования, но и вообще всех жителей. Реально ли решить вопрос с грязным воздухом? Считаете ли вы Красноярск городом «чёрного неба»?

— Мне кажется, в этом понятии много эмоций, которые только вредят решению проблемы с научной и системной точек зрения. При этом единственного пути к улучшению экологической обстановки нет, одним биотопливом ситуацию не исправить, нужен комплекс решений, исследований. На мой взгляд, у нас до конца не ясен вклад всех источников выбросов и их воздействие на конкретного человека. Есть представление о том, сколько выбрасывают генерирующие станции, отчасти имеются данные по объёмам выбросов частного сектора, автомобилей. Но те же ТЭЦ расположены по периметру города, а частный сектор — только в определённых местах.

Влияние в комплексе — это не просто сумма выбросов от сжигания топлива. Требуется локализовать оценку вредных воздействий через передвижные и стационарные лаборатории, датчики, которые должны быть увязаны в информационную государственную систему. Словом, как специалист по системному анализу я считаю, что первая задача — это получение релевантных данных. И уже от них надо отталкиваться в приоритезации решений.

Получив большой объём достоверных показателей, требуется выстроить модели влияния на конкретного человека, в конкретных районах. Сами выбросы не являются обезличенными, по составу частиц можно определить их источник. Требуется идентифицировать все факторы и предметно по ним работать, применяя системный подход, выстраивая приоритеты на основе проверенных данных. А если они изначально смещены, то решения априори будут неправильными.

— Системный анализ — это ваша основная специальность. Почему вы занялись проектом по биотопливу в нефтяном институте?

— Специальность «Системы анализа и управления», по которой я получил образование в СибГУ имени Решетнёва, достаточно широкая. По большому счёту системный анализ — это наука о том, как оптимизировать решение какой-либо проблемы. Есть широкий спектр методов, которые можно назвать универсальными, применяя в разных областях: социальных, экономических, технических.

Когда я получил предложение преподавать в Институте нефти и газа, это совпало с началом серьёзных проектов, что показалось мне перспективным. Так и вышло.

— Помимо биотопливного проекта чем вы занимаетесь?

— Достаточно большая область моего интереса — методы искусственного интеллекта, или, более предметно, методы интеллектуального анализа данных. Это один из больших разделов системного анализа и теории информационных систем. Здесь мы с коллегами пытаемся предложить решения, которые завязаны на традиционные виды техники и технологий, но не с использованием классических теорий управления и оптимизации, а на основе алгоритмов искусственного интеллекта. Прикладной искусственный интеллект — это отдельная область.

— Можно немного подробнее: что имеется в виду? «Бытовые» представления об искусственном интеллекте — это «Алиса» или «Маруся»…

— Хороший, кстати, пример. Начнём с простого: сбора данных. Допустим, человек на производстве управляет каким-либо процессом, задаёт режимы работы оборудования. Но часто возникают нештатные ситуации, которые требуют его вмешательства и изменения параметров. Мы можем заставить систему собирать данные, в каких случаях человек меняет параметры, и следить за этим, например, в течение года. Затем эта база знаний будет обработана, скажем, нейронной сетью; это не сверхвысокие технологии, сеть умеют программировать студенты 2-3 курсов. Такая нейронная сеть будет сама предлагать решения по установке параметров работы оборудования подобно тому, как это делает человек. Тут, конечно, возникает вопрос о неформализованных правилах: ведь людям в работе часто пригождаются опыт и интуиция. Но искусственный интеллект помогает человеку в принятии решений, тем более что рабочие процессы постоянно усложняются, требования к качеству продукта повышаются, как и требования к безопасности.

— Ваш проект ИИ относится к нефтегазовой сфере?

— Это так. Мы прежде всего обрабатываем данные, связанные с эксплуатацией нефтегазового оборудования. Проблемы надёжности, оптимального управления, безопасности могут быть решены, когда будут созданы, адаптированы и настроены нужные модели. Для каждой задачи они индивидуальны.

— Это тема вашей докторской?

— Да, работа будет посвящена искусственному интеллекту в обработке данных о надёжности технических систем.

— Владимир Викторович, каким вообще был ваш путь в науку, повлияла ли на этот выбор семья?

— Я вырос в Зеленогорске в семье строителей, которые были далеки от науки. Учился в лингвистической гимназии — английский, кстати, очень помогает во время заграничных стажировок и необходим при чтении научной литературы. Из учебных предметов также любил математику и информатику, но сложно представить, что школьник вдруг захочет стать системным аналитиком. О том, что можно выбрать такую специальность, мне рассказали знакомые семьи. Родителям же я благодарен за то, что получил персональный компьютер в 1990-е одним из первых: они разглядели мой интерес к программированию, «железу» и расчётам.

В университете определиться с предметом исследований помог мой научный руководитель. Интересно, что в 2010 году на краевом конкурсе «Лучший выпускник», когда мы делали доклад о системном анализе, представители компаний инфотехпрофиля комментировали, что мы «забежали вперёд», что в крае такие исследования пока не актуальны и надо ехать в Москву. Сейчас картина кардинально поменялась. Кстати, мои сокурсники успешно работают по теме и в Москве, и за границей. Например, такие проекты востребованы машиностроительными компаниями Германии, а также в банковской сфере, где они вышли уже на стадию готовых решений.

— Теперь вы преподаёте сами — нравится вам эта часть вашей работы и сами студенты?

— Да, несмотря на большую нагрузку, мне нравится преподавать. Общаясь со студентами, ты понимаешь их проблемы и интересы, язык, подпитываешься их энергетикой. Оставаться идущим в ногу со временем можно по-разному, в том числе общаясь с молодыми людьми. Ребята сейчас другие — так и время другое. Но, как и раньше, есть те, кто интересуется учёбой, и наоборот. Я же стараюсь работать так, чтобы студенты уходили с занятий воодушевлёнными, в хорошем настроении.

— Хватает времени на отдых, на хобби?

— Времени, конечно, немного, но пару раз в год стараюсь выезжать за пределы края на машине. Увлекаюсь сноубордом: с супругой поставили детей на горные лыжи. Младшую дочку, ей три года, в этом году. Здорово, что в Красноярске горнолыжная трасса в черте города и со свежим воздухом, кстати.

Конечно, хотелось бы больше времени на отдых, на семью. Мы с коллегами по кафедре иногда обсуждаем, что чем дальше, тем больше кажется, что время сжимается. Приходится бежать, чтобы всё успеть. Но… Мне нравится фраза: «Единственной наградой за решение больших задач может стать возложение обязанности решить ещё более серьёзные задачи». Так и живу.