CC BY
31XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова
ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ УТИЛИЗАЦИИ ПЛАСТИКОВЫХ ОТХОДОВ И ЭКОЛОГИЧНОГО СЕПАРИРОВАНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Бетенина1 Т.Д. школьница, Классен2 Н.В.
1- Средняя школа № 3, Красноармейск 2- Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, klassen@issp. ac. т
DOI: 10.24411/9999-004A-2019-10070
Экология нашей планеты сильно страдает от пластиковых отходов, которых накапливается все больше из-за их широкого применения в упаковках, одноразовой посуде, бытовых и промышленных устройствах и исключительно медленного разложения в обычных условиях (это занимает несколько сотен лет). Ежегодно в мире производится около 300 миллионов тонн пластика, из которых около восьми миллионов оказывается в океанах. Там появились целые острова из пластиковых упаковок и посуды. Вредные микрочастицы пластиков заглатываются рыбами, а через них по пищеаоцй цепочке попадают в организмы людей. Сжигание пластиков создает опасные парниковые и отравляющие газы, а известные сейчас экологичные способы утилизации пластиков требуют много энергии, производство которой тоже экологически вредно. Поэтому сейчас во многих странах директивными методами пластиковые упаковки заменяются на бумажные и картонные, т.к. их естественная утилизация происходит гораздо быстрее и не опасна для экологии. Но при этом необходимо учитывать отрицательные последствия расширения производства целлюлозы. При промышленных методах сепарирования целлюлозы древесная пульпа вываривается в растворах серной кислоты или щелока, испарения которых настолько вредны для живой природы, что у целлюлозно-бумажных комбинатов на несколько километров вокруг ничего не растет. Поэтому сейчас актуальны разработки экологически чистых и экономичных способов утилизации пластиков и производства целлюлозы. Мы сейчас разрабатываем методики этого назначения, пользуясь результатами работ других школьников, которые докладывались и на молодежных конференциях в ИСМАНе. Школьница из Черноголовки Яна Салганская обнаружила, что при облучении древесной пульпы маломощным лазером лигнин, связывающий целлюлозу, становится водорастворимым. Это приводит к сепарированию чистых волокон целлюлозы, а из лигнина, утилизация которого на ЦБК - большая проблема, при лазерной обработке образуется ванилин пищевой чистоты. Десятиклассник из Сергиева Посада Федор Щербинин при изучении паутины обнаружил, что ее волокна, которые в обычных условиях прочнее стали, под действием электрического поля растворяются в воде. Девятиклассник из Ногинска Аркадий Коломиец
XVII Всероссийская с международным участием школа - семинар по структурной макрокинетике для молодых ученых имени академика А.Г. Мержанова
докладывал об экологичном получении электроэнергии от живых деревьев и освещения компонентов зеленой травы и листьев. Школьница из Сергиева Посада Арина Зыкова получала электричество из потоков растворов солей в растворах с помощью магнитов. Растворение лигнина в воде с помощью света объясняется разрывом электронных связей внутри молекул при поглощении фотонов. Такие же разрывы связей при освещении происходят и в синтетических полимерах - например, полиэтиленовая пленка на парниках или теплицах под солнечным освещением за два-три месяца лета разрушается. Растворение волокон паутины в воде под действием электрического поля можно объяснить тем, что полимеры составляющих ее белков становятся электрически полярными. А вода как сильно полярная жидкость неполярные вещества растворить не может, но полярные (например, сахарозу или глюкозу) растворяет довольно легко. На основе этих результатов мы разрабатываем две автономные макетных методики с использованием солнечного света и электрических воздействий - для экологичной утилизации пластиков и экологичного сепарирования целлюлозы из древесных отходов (утилизация которых -серьезная забота и лесозаготовителей, и деревообрабатывающих комбинатов). Автономность этих методик обеспечивается тем, что они не требуют внешнего подвода электричества, т.к. оно может производиться непосредственно на месте тремя способами - солнечными батареями на зеленых компонентах растений, ветровыми колебаниями растений в лесу или поле и магнитогидродинамическим преобразованием энергии движения воды - в открытом море. В данный момент мы изучаем динамики разложения пластиков и сепарирования целлюлозы от лигнина совместным действием электрического поля и света. На основе этих результатов будут получены технические и экономические характеристики двух указанных методик, главные достоинства которых - их полная экологическая безвредность и возможности применений как в лесу, так и в открытом море.
