Новости

Новая технология изготовления стройматериалов с использованием серы для арктических условий

25.01.2023

Один из приоритетов научно-образовательного центра "Российская Арктика" - разработка материалов и технологий с использованием техногенных отходов Арктического региона, накопление которых в больших количествах угрожает жизнедеятельности человека на севере. "Наше участие в одном из технологических проектов НОЦ направлено на разработку новых конструкционных композиционных материалов для Арктики. Предложенная нами новая технологическая схема получения серных композитов основана на использовании техногенных отходов нефтегазовой промышленности и отходов глубокой переработки древесины", - рассказал ТАСС заместитель директора по научной работе Института химии ФИЦ "Коми научный центр Уральского отделения РАН" (Сыктывкар, Республика Коми) Юрий Рябков. <div> Сера в углеводородах является одной из наиболее распространенных примесей. Ее выделение происходит при первичной переработке нефти и природного газа. Концентрация этого химического элемента и его производных, например, в сырой нефти колеблется от сотых долей процента (к такому сырью относится, например, нефть, получаемая с бакинских месторождений) до 6-10% (в нефти большинства других месторождений, включая месторождения российской Арктики). Удаление серы имеет большое значение, так как серосодержащие соединения неблагоприятно воздействуют на качество нефтепродуктов, вызывают коррозию и повреждение оборудования. Наличие серы в природном газе негативно влияет на процесс транспортировки, хранения, переработки и использования в качестве топлива, приводя к коррозии трубопроводов, емкостей хранения, двигателей внутреннего сгорания и выхлопных систем. Исследователи предложили изготавливать серный композитный материал из технической серы, которая в огромном количестве накапливается на месторождениях в арктических регионах России. Крупнотоннажные отходы серы складируются и не вывозятся из-за удаленности и труднодоступности территории. "Мы для исследований использовали серу Усинского газового месторождения, где она на сегодняшний день накоплена в больших количествах и только в небольших объемах востребована на рынке для получения серной кислоты, сульфатных удобрений и кормовых добавок ", - пояснил Юрий Рябков. При этом сера, по словам ученого, - отличное сырье для получения композитов. Она хорошо плавится при нагревании. В расплавленную серу можно добавить другие техногенные отходы горнодобывающей промышленности: мелкие фракции песка, щебня, золы, то есть то, что обычно выбрасывается. В итоге получается серобетон. Если добавить компоненты асфальта, то получится сероасфальт. После застывания получается достаточно прочный материал. Но сама сера является довольно хрупкой. Чтобы конструкции получались долговечными, необходимы добавки, которые называют модификаторами. Специалисты института химии предложили эффективный модификатор серы - скипидарные смеси, содержащие ароматические соединения. Они позволяют получать стабильную серополимерную матрицу. "Если использовать скипидаросодержащие отходы переработки древесины в качестве нового модификатора серы, то получается новый материал. Комбинация: техногенный отход сера, плюс техногенный отход переработки древесины - это та самая новизна, которую мы предлагаем. Получается полезный технический продукт", - сказал Рябков. </div> <h3>Использование в Арктике</h3> <div> У материалов на основе серы есть несколько важных особенностей, которые делают их очень перспективными для использования в Арктике. В настоящее время бетон получают на основе портландцемента. Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах. Для изготовления бетона цементный порошок смешивают с водой, после чего он твердеет и набирает прочность около 28 суток. "Тут два минуса: вода и 28 суток. У серы этих принципиальных недостатков нет. Сера - термопластичный материал. Нагреваем, в расплав вносим модификатор, а наполнители - те же самые, что и в цемент: песок, щебень, только не в водный раствор, а в расплав серы", - объяснил ученый, добавив, что все эти процессы можно проводить при отрицательной температуре, что актуально для арктических регионов. При этом не требуется ждать 28 суток для набора прочности. Кроме того, изготовление конструкций из серного композита можно проводить под водой, даже в болоте и на морском дне. Использование строительных изделий из серных композитов в Арктике поможет также с решением экологических проблем, вызванных накоплением большого количества отходов технической серы предприятиями, которые находятся в Арктической зоне РФ. По словам Юрия Рябкова, серобетонные изделия можно получать на обычных асфальтобетонных заводах. "При небольшой модернизации стандартных существующих предприятий - асфальтобетонных заводов - можно эту технологию внедрить, распространить и использовать", - считает он. НОЦ "Российская Арктика" В декабре 2020 года правительство РФ поддержало создание НОЦ "Российская Арктика". В его работе участвуют Архангельская и Мурманская области, Ненецкий автономный округ, а также другие регионы. НОЦ нацелен на реализацию новых технологических проектов, внедрение новых материалов и технологий, а также проведение исследований, обеспечивающих конкурентоспособность и мировой уровень исследований и разработок. Кроме того, в задачи центра входит подготовка кадров для решения крупных научно-технологических задач региона в интересах промышленности и экономики российской Арктики. Источник: <a target="_blank" href="https://nauka.tass.ru/nauka/16869721">ТАСС</a> </div>

Эффекты магнитных бурь в приполярной ионосфере: исследование Института солнечно-земной физики СО РАН

18.01.2023

<div> Специалисты Института солнечно-земной физики СО РАН (г. Иркутск) изучили эффекты магнитных бурь в приполярной ионосфере по данным спутниковой системы навигации и проанализировали особенности этих эффектов в зависимости от природы бури. Результаты работы <a target="_blank" href="https://www.mdpi.com/2072-4292/14/21/5486">опубликованы в в журнале первого квартиля Remote Sensing</a>. Исследование было направлено на изучение динамики аврорального овала — области ионосферы, в которой наблюдаются полярные сияния (авроры). Наиболее интенсивные из них происходят во время возмущения магнитного поля Земли — магнитных бурь. "Источником магнитной бури является Солнце, но процессы, приводящие к ее развитию, могут быть различными. Например, вызвать такое явление может корональный выброс массы (КВМ): Солнце выбрасывает вещество, сталкивающееся с магнитосферой Земли, и образует облако заряженных частиц, в которое “вморожено” магнитное поле. Если магнитное поле внутри облака сонаправленно с магнитным полем Земли, частицы облака проникают в магнитосферу, вызывая магнитные бури", — рассказал Илья Едемский, один из авторов статьи, научный сотрудник ИСЗФ СО РАН, кандидат физико-математических наук. Существуют и другие механизмы образования бурь. Например, солнечный ветер может иметь различную скорость в отдельных областях Солнечной системы. Выделяют медленный ветер со скоростью около 300 км/с и быстрый — со скоростью в два раза больше. Последний испускается корональными дырами — специфическими областями на Солнце. Звезда вращается, а значит, частицы удаляются от нее не по прямой, а по спиралям, похожим на рукава спиральной галактики. При этом область с быстрым ветром может догнать область с медленным, и при их взаимодействии частицы уплотнятся так, что параметры такой области начинают напоминать корональный выброс массы. Когда Земля проходит подобный участок, это также может вызвать магнитную бурю. "Мы рассмотрели, каковы отличия в отклике полярной части ионосферы на воздействие этих двух типов событий", — отметил Илья Едемский. Ученые рассказали, что исследуют ионосферу с помощью систем глобального позиционирования (например, ГЛОНАСС), которые давно уже используются не только для навигации, но и для исследования околоземного космического пространства. "Это удобно — недорого можно получить наблюдательный пункт, выполняющий измерения в постоянном режиме с хорошим разрешением по времени. А если развернуть много таких пунктов-приемников — то увидеть масштабную картину вариаций электронной концентрации ионосферы. К минусам метода можно отнести то, что приемник дает информацию о так называемом полном электронном содержании (ПЭС) — числе электронов вдоль движения сигнала спутниковой системы навигации. То есть, мы не можем сказать, на каких высотах что именно происходит, но способны оценить общую динамику, присутствие сильных возмущений, мелкомасштабных структур, снижающих качество сигнала, и так далее. Из ПЭС можно получить некоторые производные величины", — объяснил Илья Едемский. В работе была использована величина ROTI — индекс скорости изменения ПЭС. Определяется он как среднеквадратичное отклонение производной ПЭС и свидетельствует о появлении возмущений в ионосфере, в частности, мелкомасштабной структуры. Чем он выше в какой-то области, тем интенсивнее там мелкомасштабные возмущения. Ученые исследовали десять магнитных бурь — пять, вызванных коронарным выбросом массы, и пять, образованных взаимодействиями ветра, — и пронаблюдали изменение местоположения высоких значений ROTI. Была взята средняя картина по магнитной широте (когда широтой в 90 градусов считается магнитный полюс, а в 0 градусов — магнитный экватор). "Области полярных сияний на севере и юге располагаются вокруг магнитных полюсов, и вообще говоря, положение неоднородностей ПЭС согласуется с положением этого овала", — сообщил Илья Едемский. "На базе системы глобального мониторинга SIMuRG, которая разрабатывается в институте (она сама собирает данные со станций по всему миру и позволяет, например, строить карты различных параметров ионосферы), мы рассчитали карты ROTI — индекса скорости изменения — для каждой из десяти бурь и оценили их динамику. Ожидаемо, наибольшие значения ROTI (то есть наибольшее присутствие ионосферных возмущений) наблюдаются всегда в главную фазу бури. Область наблюдения при этом располагается дальше всего от полюса — овал имеет наибольший размер". Ученые пришли к выводу, что овал тем больше, чем больше южная компонента магнитного поля Солнца (Bz). Положение наибольших ROTI по магнитной широте хорошо коррелирует с величиной Bz (с задержкой в 1 час). Причем, для повышения значений ROTI достаточно даже небольших промежутков ориентации магнитного поля на юг (наблюдения южной Bz). "С ростом возмущения околоземной среды (мы оценивали это по росту южной компоненты Bz, модуля индекса кольцевого тока Dst и индекса электроджета SME) область наблюдения наибольших значений ROTI смещается к экватору. Наиболее ярко такая связь видна для индекса SME. Мы рассчитываем, что результаты этой статьи не только покажут пример эффективности системы SIMuRG и развиваемых на ее основе инструментов, но будут полезны и для создания моделей эффектов магнитных бурь", подчеркнул Илья Едемский. Источник: <a target="_blank" href="https://www.sbras.info/news/uchenye-iszf-so-ran-issledovali-magnitnye-buri-voznikshie-v-rezultate-neodnorodnosti-v">Пресс-служба ИСЗФ СО РАН</a> </div>

НОВОСТИ НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ В АРКТИКЕ