CC BY
18Социология №1 2023
Наноэкология и развитие общества
Горбунова Ирина Юрьевна,
доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева E-mail: giy161@yandex.ru
Кравченко Татьяна Петровна,
кандидат технических наук, главный специалист кафедры технологии переработки пластмасс РХТУ им. Д.И. Менделеева E-mail: kravchenkopolimer@gmail.com
Щербина Анна Анатольевна,
доктор химических наук, доцент, проректор по науке РХТУ им. Д.И. Менделеева E-mail: sherbina.a.a@muctr.ru
В обзоре представлены результаты исследований и разработки новых методов, инструментов и технических решений экологических проблем для развития общества. Достижения, перспективы и риски широкомасштабного освоения нанотехнологий оцениваются с точки зрения экономической целесообразности и экологической безопасности современного социума.
Ключевые слова: общество, наноэкология, нанотех-нология, экологическая безопасность, развитие.
Энергетика и экология являются двумя ключевыми вызовами, стоящими перед человечеством для обеспечения устойчивости планеты в будущем. Современные технологии оказались чрезвычайно успешными в обеспечении возобновляемых источников энергии и восстановлении окружающей среды. Взаимодействие между решением экологических проблем и совершенствованием технологий подталкивает общество к развитию цивилизации. Экологическая устойчивость касается глобального изменения климата, загрязнения воздуха, почвы и воды. До сих пор даже в крупных развитых странах вопрос об изменении климата вызывает споры. Помимо технологий, инновационные исследования, решения общественности и правительств по данному вопросу должны играть совместную роль в борьбе с изменением климата. Между тем, развитие доступных и новых технологий (в частности, нанотехнологии) предлагает обществу необходимость контроля над степенью загрязнения окружающей среды. Возможности экологической нанотехнологии могут быть дополнительно расширены за счёт манипулирования нанома-териалами с точки зрения морфологии (размер и форма частиц), микроструктуры (поры и поверхность) и состава (ком-патибилизация и легирование) [1].
Необходимо приложить большие усилия для мониторинга и устранения загрязнений окружающей среды. Развитие наноматериалов и соответствующих нанотехнологий открыло огромные возможности для исследования традиционных экологических технологий, причем опасность наноматериалов для окружающей среды также должна быть тщательно исследована. Участие и усилия в области экологических нанотехнологий будут способствовать будущей устойчивости планеты в целом.
Достижения, достигнутые в последнее время в области материаловедения и нанотехнологий, привели к многочисленным разработкам, которые породи-
266
ли опасения относительно потенциального неблагоприятного воздействия на-номатериалов на окружающую среду. Ряд учёных [1, 2] разделили влияние нанотехнологий на окружающую среду на два аспекта: первый включает потенциал нанотехнологий для улучшения окружающей среды, а второй аспект касается новых возможных видов загрязнений, которые могут вызвать выброс наноматериалов в окружающую среду. Наноразмерные частицы дешевле, и они эффективнее поглощают загрязняющие вещества по сравнению с традиционными методами фильтрации и осаждения. Одними из положительных эффектов нанотехнологий являются эффективность в промышленных процессах, обнаружение и устранение загрязнения для улучшения качества почвы и воздуха, сокращение отходов высокопроизводительного и точного производства, чистая энергия, получаемая с помощью высокоэффективных солнечных элементов и устранение парниковых газов. К отрицательным эффектам нанотехнологий относят сложность синтеза наночас-тиц, приводящую к высокой потребности в энергии, токсичность наноматериалов, наносящих ущерб окружающей среде, и низкие показатели переработки и рекуперации вторичных материалов и отходов [3].
Каждый день нас окружает огромное множество наноразмерных частиц. Например, вирусы являются наночасти-цами природного происхождения; частицы углерода в процессах горения являются примерами наночастиц, полученных в результате деятельности человека (еще в 1920-х годах производители шин использовали сажу для улучшения характеристик шин, даже не подозревая о наночастицах). Наблюдая явления, характеризующие естественную организацию материалов на наноуров-не, создаются модели нанотехнологий, с помощью которых можно представлять и создавать новые материалы и процессы, применяемые в различных областях науки и техники.
Нано - это префикс, используемый для отображения одной миллиардной
части определённого параметра. Префикс обычно применяется к шкале длины, чтобы указать чрезвычайно малую величину измерения длины. Нанометр (нм) - это миллиардная часть метра (10-9 м). Диаметр отдельных атомов меньше 1 нм, длина нити ДНК обычно составляет 2 нм, диаметр вируса составляет около 100 нм, а толщина листа бумаги составляет около 105 нм [4].
Вещества, искусственно созданные или которые естественным образом образуются в пределах этого диапазона измерений, называются наноматериалами и могут быть видны только с помощью мощных специализированных микроскопов. Основываясь на размерности, их можно разделить на одномерные (тонкие плёнки, покрытия), двумерные (нанотрубки, на-нопроволоки и нановолокна) и трёхмерные (наночастицы, квантовые точки) [5].
Без сомнения, в последние десятилетия проводились тщательные исследования применения нанотехнологий в различных секторах человеческой деятельности. Следовательно, нанотехнологии имеют многочисленные перспективы позитивного повышения уровня жизни социума на устойчивой основе. Тем не менее, нанотехнологии могут не реализовать свой потенциал в полной мере, если не будут полностью поняты связанные с ними экономические последствия, общественное признание (включая этические вопросы), воздействие на окружающую среду и безопасность.
Нанотехнологии достигли такого уровня, когда они могут помочь обществу в достижении цели повышения эффективности и ускорения прогресса в различных секторах экономики, таких как медицина, энергетика, производство и экология. Несомненно, фундаментальное понимание того, как можно манипулировать материалами на наноуровне, внедрение наноструктур и нанопроцес-сов в технологические инновации, позволят решить многие экологические проблемы, существующие в обществе. Однако экономические последствия использования нанотехнологий все еще остаются неясными, поскольку в настоящее время наблюдается нехватка ис-
267
следований в этой инновационной области с экономической точки зрения. Высказывается мнение, что внедрение нанотехнологий может не дать существенных преимуществ, а также потребует огромных инвестиций в новые производственные мощности и сырьё. Получение наноматериалов будет относительно дороже до тех пор, пока не будет достигнута экономия за счёт масштаба их производства [6].
Проблемы, связанные с развитием нанотехнологий, выраженные экспертами и населением, должны быть решены, чтобы сделать новые технологии безопасными для общества. Некоторые из высказываемых опасений включают загрязнение окружающей среды, вызывающее вредные последствия вместо предполагаемых выгод для здоровья и медицины, изменение человеческой жизни и образа жизни. Известно, что нанопорошки и нановолокна вызывают наиболее вероятные опасности, такие как каталитические эффекты (ускоряющие реакции), токсические эффекты и возможности возгорания или даже взрыва. Асбестовые нановолокна часто связаны с ухудшением здоровья у людей. Изучая риски, создаваемые наноча-стицами для здоровья человека, следует учитывать вероятность и степень их воздействия, способность наноматериалов проникать через внешние и внутренние защитные барьеры организма и оказывать токсические эффекты после проникновения [7].
Имеются много положительных воздействий нанотехнологий на окружающую среду: получение тысячи тонн бензина за счёт снижения веса нано-композитов на основе, например, частиц графена (обладает уникальными физико-химическими и механическими свойствами, модуль Юнга графена в десять раз превышает данный показатель высокопрочного синтетического волокна Кевлар), предотвращение прямого и косвенного воздействия ударов молнии в самолетах за счёт использования нанокомпозитных графеновых плёнок или графеновой бумаги, снижение веса лопастей ветровых турбин и повышение
эффективности преобразования энергии благодаря выдающимся свойствам нанокомпозитного графена. Однако существуют негативные воздействия данных наночастиц на окружающую среду: трудности с удалением графена из отходов из-за токсичных свойств нанокомпозитного графена и риск возникновения пожара из-за теплопроводности и огнестойкости композитных материалов на основе графена. Кроме того, существуют опасения по поводу неизвестных вредных воздействий наноматериалов и вредных последствий их токсичности (например, углеродные нанотрубки, вдыхаемые в лёгкие, вредны для человеческого организма и обладают большей токсичностью, чем сажа и кварц, когда они присутствуют в лёгких) [8].
Поскольку в разных странах установлены различные стандарты и правила оценки воздействия наночастиц, в интересах общества Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) создала Группу для разработки руководящих принципов по стандартам и правилам оценки воздействия наночастиц, которые будут универсальными для всех стран. Безопасность нанотехнологий - это важная проблема, которая требует глобальных подходов и методов решения для безопасного развития общества [9].
В нынешней ситуации в области общественного здравоохранения нанотех-нологии быстро стали рассматриваться в качестве инструмента всемирной борьбы с вирусами SARS-CoV-2 и COVID-19. Наночастицы улучшают специфичность и сокращают время, необходимое для диагностики. Они используются в небольших устройствах, которые облегчают самодиагностику дома или в общественных местах, таких как аэропорты, магазины и т.д. Инструментальные методы исследований, основанные на на-ночастицах, могут применяться для анализа заражённых вирусом образцов тканей, взятых у пациентов, а также с различных поверхностей или из воздуха.
Многие продукты нанотехнологий уже используются для обеспечения решений для борьбы с СОУЮ-19 во многих различных областях:
268
(а) нановолокно, нанокомпозиты и технологии наночастиц, включённые в респираторные маски, обеспечивающие высокую воздухопроницаемость и эффективность фильтрации, моющую способность, а также противовирусные свойства, антибактериальные свойства;
(б) нановолокна и наночастицы для систем фильтрации воздуха и устройств очистки воздуха;
(в) нанопродукты, эффективные в качестве дезинфицирующих средств, а также мыла с добавлением наносере-бра, средств для мытья посуды и стирки;
(г) медицинские принадлежности (скрабы, перчатки, салфетки, фартуки, бинты и т.д.), произведенные на основе наносеребряной технологии;
(д) диагностические тесты с использованием магнитных наночастиц и нано-стержней для обнаружения РНК SARS-Cov-2 и реакции антител человека [10, 11].
Концепция «зелёной экономики» стала основным направлением политических дебатов из-за глобального экономического кризиса, ожидаемого увеличения глобального спроса на энергию более чем на треть в период с 2010 по 2035 год, роста цен на сырьевые товары, а также из-за насущной необходимости решения глобальных проблем в таких областях, как энергия, окружающая среда и здоровье [12].
Термин «зелёная экономика», в основном относящийся к принципам устойчивого развития, был впервые введён в употребление в 1989 г. в новаторском докладе для правительства Соединённого Королевства группой ведущих экономистов-экологов [13]. Наиболее широко используемое и надёжное определение «зелёной экономики» взято из Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде, в которой говорится, что «зелёная экономика - это такая экономика, которая приводит к повышению благосостояния людей и социальной справедливости при значительном сокращении экологических рисков и экологического дефицита [14].
Концепция зелёной экономики действительно может сыграть очень полез-
ную роль в изменении способа управления обществом путём взаимодействия экологической и экономической сфер. В этом контексте нанотехнология, которая представляет собой манипулирование материей в размере от 1 до 100 нм, предлагает возможность создавать новые структуры, материалы и устройства с уникальными физико-химическими свойствами (т.е. малый размер, большое отношение площади поверхности к массе) для использования в энергоэффективных, а также экономически и экологически устойчивых зелёных инновациях для постоянного развития общества в целом.
Хотя ожидается, что наноэкология окажет большое влияние на широкий спектр промышленных и экономических секторов, устойчивость зелёных нано-решений в настоящее время не совсем ясна и к ней следует подходить с осторожностью. Фактически преимущества включения наноматериалов в процессы и продукты, которые способствуют достижению устойчивости, могут принести с собой риски для окружающей среды, здоровья и безопасности, этические и социальные проблемы, неопределённость принятия рынком и потребителями, а также сильную конкуренцию с традиционными технологиями [15].
Зелёная нанотехнология направлена на использование привлекательных физико-химических свойств наномате-риалов в ряде экологически чистых инновационных приложений, которые являются энергоэффективными, а также экономически и экологически устойчивыми, и ожидается, что эти материалы окажут непосредственное влияние на широкий спектр секторов экономики. Однако возможности, предлагаемые наноматери-алами в решениях зелёной экономики, должны быть сбалансированы с рядом практических задач,критических экологических и социальных проблем, а также с проблемами здоровья и безопасности человека. В частности, наноматериалы могут обладать значительными, ещё неизвестными, опасными свойствами, связанными с их уникальными физико-химическими свойствами, которые мо-
269
гут представлять риски для широкого круга людей, потенциально подверженных воздействию в течение всего жизненного цикла наноматериалов. В целом, «зелёные» нанотехнологии должны не только обеспечивать «зелёные» решения, но и «становиться экологичными» с точки зрения внимания, уделяемого безопасности и гигиене труда. В этом контексте необходимо тщательно сбалансировать преимущества зелёных нанотехнологий и потенциальные затраты для общества, особенно с точки зрения окружающей среды, здоровья населения и профессионального здоровья людей. Такое тщательное рассмотрение данных проблем максимизирует экологические и социальные выгоды, пользу для здоровья человечества и экономию направляемых для данных решений средств, увеличивает вероятность дальнейших инвестиций в устойчивое развитие этой многообещающей технологической области и даст толчок в развитии общества в целом [16].
Заключение. Активизация деятельности человека нарушает баланс экосистемы, подпитывая окружающую среду большим количеством антропогенных токсичных веществ, которые загрязняют почву, воду и атмосферу и, следовательно, угрожают здоровью людей. Нанотехнологии проложат путь для универсальных и динамичных систем, которые включают передовые методы обнаружения и мониторинга вредных химических веществ и токсинов в различных объектах окружающей среды. Наноэко-логия включает многофункциональные процессы сохранения экологического баланса в природе, что позволит улучшить мониторинг ее загрязнения для преодоления всех вышеупомянутых рисков. Таким образом, с помощью развития высокотехнологических принципов наноэкологии возможно улучшить систему восстановления окружающей среды, предотвращая образование вторичных побочных продуктов, разлагая многие токсичные вещества за счет безотходной технологии и запрещая дальнейшее загрязнение окружающей среды, переводя загрязняющие вещества из лабиль-
ных в нелабильные формы. Прогресс
в области наноэкологии будет идти в ногу с развитием нашего общества.
Литература
1. Rajpoot S., Ijmtst E. Impact of Nanotech-nology on Environment - A Review // International Journal for Modern Trends in Science and Technology - No. 7. -2021. - pp. 159-164. DOI: 10.46501/ IJMTST0710026.
2. Ray P.Z., Shipley H.J. Inorganic na-no-adsorbents for the removal of heavy metals and arsenic: A review // RSC Adv. - 2015. - Vol. 5. - No. 38. -pp. 29885-29907. DOI: 10.1039/ C5RA02714D
3. Bogue R. Nanocomposites: A review of technology and applications // Assembly Autom. - 2011. -Vol. 31. - No. 2. - pp. 106-112. DOI: 10.1108/01445151111117683
4. Rickerby D. Nanotechnology for Sustainable Manufacturing // Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2014. - 316 p. DOI: 10.1201/b17046
5. A Comprehensive Review of Nanoma-terials: Types, Synthesis, Characterization, and Applications / Salem S.S., Hammad E. N., Mohamed A.A., El-Dougdoug W. // Biointerface Research in Applied Chemistry. 2023. - Vol. 13. -Issue 1. - pp. 1-30. DOI: 10.33263/ BRIAC131.041
6. Morse J. Assessing the economic impact of nanotechnology: The role of nanomanufacturing // nNn Newslett. -2012. - Vol. 5. - No. 3. - pp. 1-5. DOI: 10.4053/hi666-120330
7. Relevance of chemically functionalized nanofillers and modified nanocomposite in energy systems / Babatunde D.E., Denwigwe I.H., Babatunde O.M., Ag-boola O., Akinsipe G.D. // Polymer Nanocomposites for Advanced Engineering and Military Applications. Hershey, PA, USA: IGI Global Press, 2019. - 433 p.
8. Beni A. A., Jabbari H. Nanomaterials for Environmental Applications // Results in Engineering. - 2022. - Vol. 15. - pp. 1-11. DOI: 10.1016/j.ri-neng.2022.100467
270
9. Нанотехнологии и здоровье населения: научные данные и управление рисками // Отчёт о совещании экспертов ВОЗ 10-11 декабря 2012 г., Бонн, Германия.
10. Abdelhamid, H.N., Badr, G. Nanobi-otechnology as a platform for the diagnosis of COVID-19: a review // Na-notechnol. Environ. - 2021. - Vol. 6. -No. 19. - pp. 1-26. DOI: 10.1007/ s41204-021-00109-0
11. Valdiglesias V, Laffon B. The impact of nanotechnology in the current universal COVID-19 crisis. Let's not forget na-nosafety! // Nanotoxicology. - 2020. -Vol.14. - No.8. - pp. 1013-1016. DOI: 10.1080/17435390.2020.1780332
12. Шарафуллина Р.Р., Хакимов Р.М., Нурутдинов А.А. Зелёная экономика и устойчивое развитие: обзор настоящего и перспективы в России // Дискуссия. - 2021. - № 6 (109). -С. 38-48. DOI: 10.46320/2077-76392021-6-109-38-48
13. Pearce D.W., Markandya A, Barbier E.R. Blueprint for a Green Economy. In. London: Earthscan Publications Ltd; - 1989. - 192 p.
14. European Environment Agency: Towards a Green Economy in Europe-EU Environmental Policy Targets and Objectives 2010-2050 // EEA Report No 8/2013.
15. Латышевская Н. И., Стрекало-ва А.С. Экологические проблемы развития нанотехнологий // Вестник ВолГУ. Серия 3: Экономика. Экология. - 2011. - № 1. - С. 224-230.
16. Zach Horton Toward a Speculative Nanoecology: Transscalar Knowledge, Disciplinary Boundaries, and Ecology's Posthuman Horizon // Resilience: A Journal of the Environmental Humanities. - 2015. - Vol. 2 - No. 3. - pp. 5886. DOI: 10.5250/resilience.2.3.0058.
NANOECOLOGY AND DEVELOPMENT
OF SOCIETY
Gorbunova I. Yu., Kravchenko T.P., Sherbina A.A.
RCTU them. D.I. Mendeleev
The review presents the results of research and
development of new methods, tools and techni-
cal solutions to environmental problems for the development of society. Achievements, prospects and risks of large-scale development of nanotechnology are assessed from the point of view of economic feasibility and environmental safety of modern society.
Keywords: society, nanoecology, nanotechnology, ecological safety, development.
References
1. Rajpoot S., Ijmtst E. Impact of Nanotechnology on Environment - A Review // International Journal for Modern Trends in Science and Technology - no. 7. - 2021. - pp. 159164. DOI: 10.46501/IJMTST0710026.
2. Ray P.Z., Shipley H.J. Inorganic nano-ad-sorbents for the removal of heavy metals and arsenic: A review // RSC Adv. - 2015. -Vol. 5. - No. 38. - pp. 29885-29907. DOI: 10.1039/C5RA02714D
3. Bogue R. Nanocomposites: A review of technology and applications // Assembly Au-tom. - 2011. - Vol. 31.-No. 2.-pp. 106-112. DOI: 10.1108/01445151111117683
4. Rickerby D. Nanotechnology for Sustainable Manufacturing // Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2014. - 316 p. DOI: 10.1201/ b17046
5. A Comprehensive Review of Nanomaterials: Types, Synthesis, Characterization, and Applications / Salem S.S., Hammad E.N., Mohamed A.A., El-Dougdoug W. // Biointerface Research in Applied Chemistry. 2023. - Vol. 13. - Issue 1. - pp. 1-30. DOI: 10.33263/ BRIAC131.041
6. Morse J. Assessing the economic impact of nanotechnology: The role of nanomanufac-turing // NNN Newslett. - 2012. - Vol. 5. -No. 3.-pp. 1-5. DOI: 10.4053/hi666-120330
7. Relevance of chemically functionalized na-nofillers and modified nanocomposite in energy systems / Babatunde D.E., Denwig-we I.H., Babatunde O.M., Agboola O., Akin-sipe G.D. // Polymer Nanocomposites for Advanced Engineering and Military Applications. Hershey, PA, USA: IGI Global Press, 2019. - 433 p.
8. Beni A. A., Jabbari H. Nanomaterials for Environmental Applications // Results in Engineering. - 2022. - Vol. 15.-pp. 1-11. DOI: 10.1016/j.rineng.2022.100467
9. Nanotechnologies and public health: scientific evidence and risk management // Report of the WHO expert meeting 10-11 December 2012, Bonn, Germany.
271
10. Abdelhamid, H.N., Badr, G. Nanobiotech-nology as a platform for the diagnosis of COVID-19: a review // Nanotechnol. Environ. - 2021. - Vol. 6. - No. 19. - pp. 1-26. DOI: 10.1007/s41204-021-00109-0
11. Valdiglesias V, Laffon B. The impact of nanotechnology in the current universal COVID-19 crisis. Let's not forget na-nosafety! // Nanotoxicology. - 2020. -Vol.14. - No.8. -pp. 1013-1016. DOI: 10.1080/17435390.2020.1780332
12. Sharafullina R.R., Khakimov R.M., Nurut-dinov A.A. Green economy and sustainable development: a review of the present and prospects in Russia // Discussion. -2021. - No. 6 (109). - P. 38-48. DOI: 10.46320/2077-7639-2021-6-109-38-48
13. Pearce D.W., Markandya A, Barbier E.R. Blueprint for a Green Economy.
In. London: Earthscan Publications Ltd; -1989. - 192 p.
14. European Environment Agency: Towards a Green Economy in Europe-EU Environmental Policy Targets and Objectives 20102050 // EEA Report No 8/2013.
15. Latyshevskaya N.I., Strekalova A.S. Ecological problems of development of nano-technologies // Bulletin of VolSU. Series 3: Economy. Ecology. - 2011. - No. 1. - S. 224-230.
16. Zach Horton Toward a Speculative Nano-ecology: Transscalar Knowledge, Disciplinary Boundaries, and Ecology's Posthuman Horizon // Resilience: A Journal of the Environmental Humanities. - 2015. - Vol. 2 -no. 3. - pp. 58-86. DOI: 10.5250/resil-ience.2.3.0058.
272
