Красивые платья, лекарства и яркие смартфоны: как волшебство химии превратило серую цивилизацию в разноцветный мир
Профессор РАН Андрей Иванов, доктор химических наук, директор федерального исследовательского центра «Иркутский институт химии имени А.Е. Фаворского» Сибирского отделения РАН.
Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП
С помощью какого волшебства смартфоны обретают цвет? Каким образом наука собирается спасать озеро Байкал? Как благодаря малотоннажной химии в 19 веке серый мир нашей цивилизации впервые в истории стал разноцветным? Что делает Россия, чтобы стать независимой от зарубежных поставок критически важных катализаторов и компонентов?
Эти и другие темы в программе «Время науки» на Радио “Комсомольская правда” (97,2 FM) обсуждали:
- радиожурналист Мария Баченина,
- академик РАН Александр Сергеев, научный руководитель Национального центра физики и математики (НЦФМ),
- их гость - профессор РАН Андрей Иванов, доктор химических наук, директор федерального исследовательского центра «Иркутский институт химии имени А.Е. Фаворского» Сибирского отделения РАН.
Александр Сергеев, Мария Баченина и Андрей Иванов
Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП
СОВРЕМЕННАЯ ХИМИЯ — ЭТО КОМПЬЮТЕРЫ, НЕЙРОСЕТИ И АНАЛИЗ ДАННЫХ
Мария Баченина:
- Андрей Викторович, когда люди слышат слово «химик», мы представляем человека в белом халате, колбы, пробирки, реактивы.... Это клише, стереотип, к которому мы привыкли с детства. Насколько сегодня это представление соответствует действительности?
Андрей Иванов:
- Для начала хочу сказать, что эти представления не совсем оторваны от жизни. Белые халаты у нас сохранились — это дань традиции. Но, естественно, химия, как любая прикладная наука, совсем непохожа на какие-нибудь гравюры из 19 века. Современная химия – это микросинтез и микрореакции на сотнях микролитров (микролитр — это одна тысячная часть миллилитра - Ред), которые происходят с помощью сложнейших и дорогостоящих приборов. И, конечно, как любой человек нашего времени, ученый химик теперь намного больше времени проводит за компьютером. Потому что интерпретация полученного результата без компьютеров невозможна. Надо сказать, доля компьютерного времени - она колоссальна, потому что необходим анализ массива данных мировой научной литературы. Новые знания накапливаются, как снежный ком и ты просто обязан их учитывать и понимать, иначе никогда не будешь во фронтире науки.
Александр Сергеев:
- Вы сказали про компьютеры, анализ данных, а как происходит проектирование материалов, чтобы из синтеза атомов, молекул создать нечто новое?
Андрей Иванов:
- Есть классическое методы инвива и инвитро. Инвитро – это вне жизни, когда вы на клеточных культурах, проверяете влияние того или иного эффекта. Например, вы вырастили клетку какой-нибудь глиобластомы (глиобластома - злокачественная опухоль головного мозга - Ред), добавляете к ней вещество и смотрите – умирает она или не умирает. Это первая стадия исследования. А вторая стадия, когда вы эту глиобластому прививаете мыши и проверяете – выжила ли мышь. Сегодня появился еще один термин – инсилико, имеется в виду компьютерный расчет, кремниевая часть исследования. Но тут есть одна проблема. Лично я этим методом пользуюсь крайне осторожно и даже прошу своих коллег по возможности этого пока избегать. Почему? Потому что, к сожалению, на сегодняшний день мы тем самым будем просто отдавать знания зарубежным языковым моделям. Наши тоже есть, их не так много, но по-настоящему эффективными являются либо китайский DeepSeek либо ChatGPT. Выглядит это следующим образом: как только вы что-то загрузили в нейросеть — это сразу стало интеллектуальной собственностью разработчиков нейросети. И мы боимся, что пока не появятся собственные отечественные мощные независимые языковые модели, мы просто будем учить тех, кто потом нас обскачет.
Профессор РАН Андрей Иванов
Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП
БИТВА ГИГАНТОВ ЗА “СОЛЬ” И “ПЕРЕЦ” ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Мария Баченина:
- Андрей Викторович, сейчас много говорят про импортозамещение. Можете сказать, чего нам прямо сейчас не хватает – своего, качественного?
Андрей Иванов:
- Химия ветвится из некоего базового реагента. Взять фосфор - базовый реагент получают из апатита, а дальше на основе фосфора производится несколько переделов и получается два-три десятка веществ для самых разных отраслей. То есть, у вас на старте фосфор, а на финише будет, например, пестицид глифосат (используется для борьбы с сорняками - Ред), или флегматизаторы горения для отделочных панелей в строительстве (такие материалы более пожаробезопасны - Ред) и т.д. Но в основе будет фосфор. Таких соединений, как фосфор, в национальном проекте «Материалы и химия», общественно-экспертный совет которого я возглавляю, насчитывается 23 ключевых цепочки. Суммарно они вырастают почти в 1000 конечных продуктов. Порядка 900 соединений считаются критическими. Чего из них не хватает потребителям? Мы об этом никогда не знаем. Вот самый простой пример: Россия один из мировых лидеров по производству поливинилхлорида – ПВХ (это один из самых популярных в мире видов пластика, из него делают трубы, окна, кабели, игрушки и т.д - Ред). Казалось, это должно означать, что у нас нет проблем с производством ПВХ. Ничего подобного. Чтобы произвести тонну ПВХ, нужны два катализатора. На тонну их нужно всего несколько граммов. Но ни тот, ни другой до недавнего времени в России не производились. Это специальная мало и микротоннажная химия. Мы это все завозили, не потому что такие отсталые - весь мир так построен. Просто глобализация, которая началась в середине 20 века, химию задела очень сильно. Такие крупные гиганты, как немецкий концерн BASF или американский DuPont, поняли, что малые и средние тоннажные соединения намного удобнее и прибыльнее производить в больших масштабах и продавать на весь мир. То есть, они один раз капитально вложились и создали производственные мощности, условно говоря, из расчета миллиона тонн в год. И небольшой национальный производитель, который рассчитывает на выпуск 6 или 10 тысяч тонн в год, никогда в жизни честную конкуренцию с таким гигантом не выиграет. У него издержки производства все равно будут выше. В итоге весь мир стал зависим от двух-трех гигантов. Первым это почувствовал Китай и стал наращивать собственное производство, пусть оно и не всегда отвечает самым высоким стандартам качества. Сейчас по некоторым позициям так поступает Россия, правда, в совершенно другой логике, потому что Китай воюет за мировой рынок, а мы пока пытаемся просто обеспечить себя.
Александр Сергеев:
- Андрей Викторович, приведу пример из области искусственного интеллекта. Самая дорогая компания в мире называется NVIDIA – это мировой монополист по производству видеокарт, которые исключительно важны для систем ИИ. И неожиданно Китай принимает решение запретить своим компаниям закупать видеокарты NVIDIA. Логика такая: пускай наши ученые, наши компании вступают в борьбу за лидерство с NVIDIA. А мы не можем пойти по этому пути в области малотоннажной химии, производства критически важных катализаторов? Или это рискованно?
Андрей Иванов:
- У нас, вопреки мнению либеральной части общества, экономика совсем не плановая и не директивная. Мы находимся в очень тонкой грани, где государство в общем-то, блюдет бизнес-интересы, в том числе и среднего бизнеса. То есть, несмотря ни на что, соблюдается их право купить где-то дешевле и привезти из-за границы. Хорошо это или плохо? Стоит ли нам пойти по китайскому пути государственной директивности? Я не знаю ответа, потому что у Китая другая ситуация - он ведь успешен за счет огромного внутреннего рынка, а наш внутренний рынок маленький, он такое производство не вытянет.
В последние годы, конечно, произошло сильное отрезвление по поводу возможности привезти из-за рубежа. Мы только что говорили про поливинилхлорид и буквально два или три месяца назад открылось отечественное производство катализатора для ПВХ. Московский институт органической химии разработал лабораторный регламент, а коллеги из Томска его масштабировали и теперь в России есть собственное импортозамещающее производство. Дешевле ли внутреннее производство, чем привезти из Китая? Безусловно, нет. Но все чаще бизнес приходит к нам и говорит: ребята, нам неважно, сколько это стоит, мы больше не хотим оказаться в ситуации, когда нужной вещи в принципе нет. Например, такой диалог у нас получается с ПАО «Транснефть» - компанией, которая ответственна за транспортировку практически всей трубопроводной нефти в нашей стране, они твердо поняли, что попали в ситуацию зависимости либо от Китая, либо от европейских стран. Мы предлагаем таким компаниям свои решения. Такая модель потихоньку начинает работать, со временем, когда ассортимент будет выше, каждый следующий продукт будет компенсировать цену предыдущего и производство станет дешевле. Но есть компании, которые по-прежнему не хотят переходить на отечественные рельсы - то ли не верят в российскую науку, то ли надеются, что все равно смогут купить за рубежом…
Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП
ОТКУДА ПОЯВЛЯЮТСЯ СМАРТФОНЫ И КРАСИВЫЕ ПЛАТЬЯ
Мария Баченина:
- А что такое малотоннажная химия?
Андрей Иванов:
- Существует стандартное разделение химии на крупный, средний и малый тоннаж. Крупнотоннажная химия — это то, что производится сотнями тысяч тонн в год в рамках одного государства. Продуктов крупнотоннажной химии во всем мире существует не больше 250 позиций. А основных вообще около сотни — это такие базовые компоненты, как полиуретан, полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид.
То, что производится меньше 100 тысяч тонн в год, но больше 10 тысяч тонн – это среднетоннажная химия. А от 10 тысяч тонн и вниз – это малотоннажная химия. Но когда мы переходим в номенклатуру малотоннажной химии, то даже приблизительно число компонентов очень сложно назвать. В конце советского периода количество наименований компонентов малотоннажной химии в США было около 200 тысяч. Мы отставали, у нас было где-то 70 тысяч. К моменту, когда грянул гром - где-то к 2020 году, из этих 70 тысяч в нашей стране производилось в лучшем случае 700 компонентов. Это уже данные нашего Минпромторга. Сейчас мы производим уже несколько тысяч.
Мария Баченина:
- А нужно как можно больше?
Андрей Иванов:
- Да. Это как со специями на кухне. Чем их больше, тем больше разных блюд можно производить.
Мария Баченина:
- А можно привести пример. Вот вы говорите - “присадки”, “катализаторы”, а как эту малотоннажную химию потрогать руками?
Андрей Иванов:
- Пожалуйста. Базовый цвет полимера зачастую бывает бледно-белый. Вам бы понравился бледно-белый айфон?
Мария Баченина:
- Нет, я люблю поярче.
Андрей Иванов:
- Вот базово на заводе получают полимер с использованием двух десятков присадок на один основной компонент. А дальше все зависит от потребительских предпочтений - какой цвет пользуется спросом в данный момент. Чтобы сделать телефон цветным, в базовый полимер необходимо добавить еще минимум 5-6 компонентов. Цветность – вроде бы необязательный элемент, но совершенно незаменимый с точки зрения бизнеса. И вот это как раз и есть малотоннажная химия.
Потом - ткань. Вы знаете, что до середины 19 века вся химическая промышленность в мире была, по сути, производством стали и металла. И чуть-чуть еще какой-то малозначимой ерунды. Принципиальное изменение случилось, когда немцы смогли выделить из угля первые синтетические красители. Мир впервые в истории стал разноцветным. И это изменило его полностью. До этого вся одежда была грязно-серого цвета или бело-грязного цвета и щеголять в красивом платье мог себе позволить только безумно богатый человек. Какой-нибудь карминовый краситель приходилось везти через полмира, корабль шел в Европу 2-3 года. И стоил этот кармин сумму, на которую можно было купить себе несколько крепостных. И вдруг из обычного угля немцы получают ярко-зеленый краситель. Именно бум красителей вывел химическую промышленность на неимоверный уровень. А знаете, что стало побочным явлением бума красителей? Появление фармацевтики! Как ни странно, на рынке красителей достаточно быстро возникло превышение предложения над спросом. Производителей оказалось сильно больше, чем потребность в краске. И те, кто не успел к шапочному разбору, стали думать, что делать дальше. Фамилия одного из таких неудачников была Байер. Знаете компанию «Байер», производящую фармацевтику? Так вот основатель компании сделал очень интересную штуку. В тот момент лекарства тоже были природного происхождения. Но у них уже научились устанавливать структуру. Первым лекарством Байера был аспирин. Это препарат, который за всю историю принес создателям больше денег, чем любое другое лекарство…
Александр Сергеев:
- Как распознали молекулу?
Андрей Иванов:
- Вообще салициловую кислоту использовали и раньше. Ее жаропонижающий эффект описан еще у Гиппократа. Но кора ивы помимо жаропонижающего эффекта, обладала еще и очень сильным слабительным эффектом. А это вообще-то опасная история: вы и так ослаблены из-за температуры, а тут у вас еще и обезвоживание.
Формулу салициловой кислоты французы описали еще в середине 19 века. Но никто не знал, какой еще компонент, вызывающий побочный эффект, вытягивается при этом из коры ивового дерева. В какой-то момент Байер понял, что у него есть молекула, очень близкая к салициловой кислоте, и сделал аналог. Салициловая кислота стала той самой ацетилсалициловой кислотой, которую мы с вами знаем. И мгновенно появился продукт, который снижал температуру, но не обладал слабительным эффектом. Представляете, с какой скоростью он захватил рынок.
Фото: Владимир ВЕЛЕНГУРИН. Перейти в Фотобанк КП
ЧТО ПРИДУМАЛИ УЧЕНЫЕ, ЧТОБЫ СОХРАНИТЬ БАЙКАЛ
Александр Сергеев:
- Да, замечательный экскурс в историю, но давайте перенесемся в современность. Я хочу поговорить об экологической ситуации вокруг озера Байкал: какие наиболее важные проблемы вы здесь видите? Над чем работает ваш институт?
Андрей Иванов:
- Давайте для начала кратко объясним слушателям, как вообще возникла проблема Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК). Она возникла, как ни странно, из советской спешки. Когда строят целлюлозно-бумажные комбинаты, очень важной частью этого комплекса является цех сжигания отходов. То есть, отходы на целлюлозно-бумажных комбинатах не копятся, а сжигаются. Но, когда строили Байкальск, торопились к очередной очень важной годовщине и не успевали построить этот цех. И возникла идея: давайте мы сделаем карты-накопители – временные гидротехнические сооружения, куда эту кашу с отходами положим, пока построим цех. Это было временное решение, но не буду оригинален – в нашей стране нет ничего более постоянного, чем временное. Потому что этот цех до сих пор так и не построили. Чтобы было понятно – чуть дальше на берегу Байкала стоит Селенгинский целлюлозно-картонный комбинат, где этот цех построили и там никаких жидких загрязнений в Байкал не утекает - проблемы нет. А в Байкальске цех не построили, потом случились 90-е, банкротство предприятия и карты-накопители так и остались на берегу Байкала. Они представляют собой огромные искусственные водоемы, что-то вроде грязевых ванн, которые за эти годы, стали частью биологической системы. В этих картах живут даже рыбы…
Александр Сергеев:
- По-моему, я там уток видел…
Андрей Иванов:
- Совершенно верно, утки отдыхают во время перелетов. Там есть гнездовья других местных птиц. Но, к сожалению, внизу этих водоемов есть слой достаточно опасного химического отхода, внутрь которого инкапсулированы металлы, в том числе, тяжелые металлы, огромное количество солей. И все это на склоне горы выше уровня Байкала, который находится буквально через 100-200 метров. Со склона возможен сход селя и в случае обильного таяния снега, содержимое водоемов может попасть в Байкал. Какие последствия? Никто не может спрогнозировать. Возможно, ущерб небольшой. Возможно - колоссальный. Но, как вы понимаете, Байкал – это не то место, где можно поставить эксперимент. Соответственно, мы должны действовать, предполагая, что ущерб будет непоправимым. Это единственно правильный подход. Сегодня большинство научного сообщества сходится на том, что вывести эти водоемы невозможно - слишком большой объем. А самое главное – попытки их ликвидировать могут привести к еще более непоправимым последствиям, потому что вы нарушите сложившуюся экосистему. Поэтому наука сейчас сходится в том, что систему надо оставить максимально стабильной и дать процессу естественного очищения закончить свое дело на этих озерах. Но это должно сопровождаться комплексом работ, которые, во-первых, препятствуют сходу селей, которые могут все испортить и укреплению берегов на случай какого-то землетрясения, а они на Байкале бывают. В общем, по Байкалу сейчас идет планомерная работа и самая большая проблема - это жуткая политизированность самого уникального объекта и желание огромного количества людей заработать на нем некие очки.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ
СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ