​Исследование молодого ученого Томского политехнического университета (ТПУ) Евгении Франциной, посвященное молекулярному моделированию в углеводородах, приблизит научное сообщество к созданию идеального морозостойкого топлива. Подробности – в материале РИА Томск.

Поклонница нефтехимии

Евгения Францина впервые пришла в Томский политех в 2003 году – в качестве студентки. Через пять лет с отличием окончила обучение по специальности "Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов" и получила диплом победителя конкурса "Лучший студент ТПУ". После этого девушка продолжила изучать химические технологии и нефтехимию в аспирантуре ТПУ.

Серьезное увлечение наукой и отличное знание английского языка позволили Евгении пройти стажировки в ведущих по своему профилю организациях, в том числе в Университете Делфта (Нидерланды) и Университете Саутгемптона (Великобритания).

Сегодня Евгения – кандидат технических наук и научный сотрудник отделения химической инженерии Инженерной школы природных ресурсов ТПУ. Свои исследования Евгения проводит в коллективе научной школы по математическому моделированию процессов нефтепереработки и нефтехимии (руководитель школы – профессор, доктор технических наук Эмилия Дмитриевна Иванчина).

Весь этот опыт позволил Евгении успешно заявить о себе на конкурсе исследований молодых ученых, проводимом Российским научным фондом (РНФ). Ее проект по исследованию зависимости состава и свойств дизельного топлива получил поддержку фонда.

Создать "экстремальный дизель"

Работа носит название "Развитие теоретических представлений о межмолекулярном взаимодействии углеводородов в дизельных топливных композициях на основе молекулярного моделирования".

Этот проект выделили из сотни других по вполне понятным причинам. В условиях новой стратегии экономического развития России стало больше уделяться внимания процессам глубокой переработки нефти, которые необходимы для получения углеводородных топлив высокого качества.

 

"Особую актуальность эта задача приобретает в связи с ростом потребностей в дизельном топливе зимних и арктических марок для использования в холодных климатических зонах. Это связано с тем, что большая часть территории нашей страны расположена в зонах холодного климата, а также с необходимостью освоения стратегических территорий Арктики", – рассказывает Францина.

 

В рамках своего проекта Евгения выяснила, что сегодня в России существует дефицит марок дизельного топлива для использования в холодных климатических зонах. Примерно 90% от общего объема производства "дизеля" – это так называемые летние виды топлива. И только 9% приходится на зимние марки: температура их застывания равна 35-45 градусам мороза.

 

"Еще примерно 1% от общего объема – арктический "дизель", застывающий при минус 55 градусах. Это крайне малое количество. Поэтому организация производства низкозастывающих дизтоплив для Крайнего Севера и Арктики – очень актуальная задача", – комментирует автор проекта.

Научная проблема

"Экстремальное" дизельное топливо должно соответствовать целому ряду требований: это установленные правила эксплуатации в условиях низких температур, показатели воспламеняемости и теплотворной способности (температура застывания, энергоемкость и так далее).

 

"Все эти свойства определяются углеводородным составом смешиваемых фракций с межмолекулярным взаимодействием компонентов различной химической природы. Для создания более совершенного дизтоплива необходимо единое понимание межмолекулярного взаимодействия между компонентами дизельных топливных композиций. Но в науке сегодня такого описания не существует", – говорит Францина.

 

По словам молодого ученого, это связано со сложностью оценки межмолекулярного взаимодействия, а также с недостаточным развитием методов молекулярного моделирования, в частности квантово-химических способов расчета электронной структуры молекул.

Томский проект должен решить эту научную проблему. Его команде предстоит сформулировать теоретические представления о природе межмолекулярного взаимодействия в углеводородных системах. На их основе можно будет разработать подходы для определения оптимального углеводородного состава "экстремального дизеля".

Такое топливо будет обладать максимальной теплотворной способностью даже при очень сильном морозе, оставаясь при этом низковоспламеняемым.

 
Капризный состав

 

"Дизтопливо – это сложные химические системы, состоящие из углеводородов различных групп, добавленных модификаторов и присадок (они улучают эксплуатационные свойства), – рассказывает Евгения. – Группы углеводородов по-разному влияют на топливо. Так, н-парафины обладают высокими показателями по цетановому числу, поэтому улучшают показатель воспламеняемости. В то же время они ухудшают низкотемпературные свойства".

 

Еще пример – изо-парафины: обладают хорошими низкотемпературными свойствами, однако заметно ухудшают показатели воспламеняемости топлива. Полициклические ароматические углеводороды нормируются ГОСТом, и их содержание не должно превышать 8%, поскольку они оказывают негативное влияние на воспламеняемость топлива и окружающую среду.

 

"Поэтому очень важно определить оптимальный углеводородный состав дизельных топливных композиций для обеспечения максимальной теплотворной способности при сохранении требований по воспламеняемости и низкотемпературным свойствам", – говорит собеседница агентства.

Научная новация

Политехникам предстоит решить три научных задачи в проекте. Они оценят влияние различных групп углеводородов – парафинов, олефинов, нафтенов и ароматических углеводородов – на теплотворную способность дизельных топливных композиций. После этого ученые изучат влияние инициаторов горения – алкилнитратов. Затем оценят межмолекулярные силы, возникающие при взаимодействии углеводородов различной химической природы с присадками.

Для этого они применят квантово-химические методы расчетов молекулярных комплексов. Это, по словам Франциной, придаст исследованию определенную новизну наравне с самим фактом развития теоретических представлений о межмолекулярных взаимодействиях между компонентами дизельных топливных композиций и оценке их вклада в эксплуатационные свойства.

Проекты молодых

Ранее пресс-служба Томского политеха сообщала, что Российский научный фонд поддержал проекты вуза более чем на 150 миллионов рублей. Это 20 победителей двух грантовых конкурсов – на проведение исследований молодыми учеными или научными группами под руководством молодых ученых.

Проект Евгении вошел в число лидеров первого конкурса, который направлен на поддержку ученых в возрасте до 33 лет, защитивших кандидатские диссертации. Гранты по этому конкурсу выделяются до 2020 года.

Работы политехников посвящены самым разным вопросам. Это спектроскопия высокого разрешения молекулы NH3 в интересах проблем исследования атмосфер Земли и планет Солнечной системы. Это определение эффективных условий зажигания и сжигания композиционных топлив на основе промышленных отходов для улучшения экологических индикаторов работы энергетических объектов.

Молодые ученые займутся разработкой новых гетерогенно-каталитических методов получения оксо-производных бетулина, созданием методики комплексной диагностики композиционных материалов в процессе резонансной ультразвуковой вибротермографии, апробацией томского метода дистанционных исследований природных явлений, объектов и феноменов в СВЧ и КВЧ-диапазонах.

Сразу несколько проектов посвящены топливным вопросам – "Устойчивое к условиям низких температур вододизельное микро-эмульгированное топливо" и "Разработка научных основ процессов приготовления моторных топлив на основе учета химического реагирования компонентов при каталитическом превращении и компаундировании".

Политехники также определят бесконтактными оптическими методами температурные поля интенсивно испаряющихся капель водных эмульсий, растворов и суспензий, разработают технологии сбора и обработки экспериментальных данных для рентгеновской томографии с применением методов машинного обучения, исследуют влияние энергии электронов на обеззараживание семян яровой пшеницы импульсным электронным пучком.

Кроме того, молодые томские ученые создадут многорежимную систему управления движением необитаемого подводного аппарата с нестационарными параметрами.

Похожие новости

  • 07/08/2018

    Магистранты ТПУ примут участие в работе над уникальными проектами

    ​Магистрантам Томского политехнического университета предлагают стать участниками уникальных исследовательских проектов в составе научных групп под руководством ведущих ученых вуза. Одной из таких научно-исследовательских групп является коллектив научно-образовательного центра Н.
    215
  • 10/01/2018

    Арктические исследования ТПУ в топе Российского научного фонда

    ​Российский научный фонд (РНФ) для научного портала Indicator.Ru выбрал топ-10 самых ярких и важных научных результатов 2017 года. В разделе «Науки о Земле» эксперты фонда назвали лучшим исследование, проводимое учеными Томского политехнического университета.
    490
  • 23/03/2017

    Ученые ТГУ разрабатывают безопасный для экологии метод обогащения руд в Арктике

    Специалисты Томского государственного университета (ТГУ) создают первую технологию кучного обогащения руды, содержащей ванадий и титан. Новый метод, в котором не будут использоваться вредные реагенты, актуален для использования в арктических регионах с хрупкой экологической структурой, сообщила пресс-служба вуза.
    787
  • 26/04/2018

    В Томске разработали биополимер, контролирующий время действия лекарств

    ​Ученые из лаборатории полимеров и композиционных материалов Томского государственного университета (ТГУ) разработали биополимер, который поможет медикам и фармацевтам контролировать время действия лекарственных препаратов.
    314
  • 17/05/2018

    Ученые ТГУ отправятся на поиски новых бактерий

    ​Ученые кафедры физиологии растений и биотехнологии БИ ТГУ в рамках проекта, поддержанного РНФ, займутся поиском новых микроорганизмов в удаленных труднодоступных экосистемах в Сибири. Наряду с этим микробиологи изучат характеристики двух бактерий, обнаруженных в 2017 году глубоко под землей.
    380
  • 20/08/2018

    Учеными созданы железные спирали тоньше человеческого волоса

    ​Исследователи СПбГУ смогли синтезировать микроспирали соединений железа диаметром около 12 микрон - почти в десять раз тоньше человеческого волоса. Их можно будет использовать, например, для создания сенсоров с высокой чувствительностью, а также в качестве миниатюрных электромагнитов или индукторов.
    169
  • 21/06/2018

    Как проекты РФФИ трансформируют реальность

    Словосочетание «фундаментальная наука» вызывает мысли о чем-то очень туманном и абстрактном? Томские ученые уже давно опровергли эти стереотипы в сотрудничестве с Российским фондом фундаментальных исследований.
    441
  • 21/02/2017

    Разработки ТПУ для имплантологии выходят на стадию клинических испытаний

    ​Биодеградируемые имплантаты Томского политехнического университета выходят на стадию клинических испытаний. Как сообщают ученые ТПУ, на стадии доклинических исследований эффективность томских изделий уже доказана, и сегодня некоторые биоразлагаемые имплантаты Томского политеха сегодня частично используются в медицинской практике в одном из ведущих ортопедических центров России - Центре Илизарова.
    1490
  • 12/07/2017

    Робота-врача для военных создадут томские медики и инженеры​

    Ученые из НИИ кардиологии Томского национального исследовательского медицинского центра и Томского политехнического университета (ТПУ) планируют создать мобильного робота, который сможет оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим в местах военных действий и ЧС.
    751
  • 30/03/2017

    ТУСУР завершает работу по созданию интеллектуальных покрытий для космических аппаратов

    В лаборатории радиационного и комического материаловедения ТУСУРа завершаются работы по созданию интеллектуальных отражающих покрытий на основе соединений титаната бария, нанесённых детонационным методом.
    759