Золото из старых плат, энергия из опилок и кофе против стресса. Топ разработок российских учёных

Химики Томского политехнического университета (ТПУ) вместе с коллегами из Китая создали технологию, которая позволяет добывать золото из старых компьютеров и телефонов с эффективностью 99,2%. Секрет — в специальных полимерных «губках», которые под действием света восстанавливают чистое золото из растворенных плат. Материал настолько «жадный» до благородного металла, что способен впитать его в 4,6 раза больше собственного веса, игнорируя при этом медь, никель и прочие примеси.

О каких ещё интересных разработках российских учёных стало известно на минувшей неделе, рассказываем в нашем свежем технодайджесте. На этот раз речь пойдёт о технологии полного цикла для получения редкоземельных металлов от «Росатома», «умном» кофе против стресса, системе превращения отходов сразу в три вида топлива и других инновациях. Все подробности читайте в нашем материале. 

Технология полного цикла для получения редкоземельных металлов

Госкорпорация «Росатом» завершила разработку новой технологии получения редкоземельных металлов (РЗМ). Проект уже передан на главную государственную экспертизу. По словам заместителя генерального директора АО «Росатом Недра» Алексея Шеметова, специалистам корпорации фактически пришлось создавать технологическую цепочку с нуля.

«Мы разработали, по сути, заново технологию получения редкоземельных металлов. В течение полутора лет мы с этой задачей справились. Проект также разработан и проходит сейчас стадию главной государственной экспертизы», — заявил представитель Росатома.

Разработка велась в рамках стратегической задачи по обеспечению сырьевого суверенитета России в области редкоземельных металлов, которые критически важны для электроники, приборостроения, производства постоянных магнитов и других высокотехнологичных отраслей.

Новая технология ляжет в основу создания разделительного производства на Соликамском магниевом заводе (СМЗ), который входит в контур управления Горнорудного дивизиона Росатома. Мощность комплекса составит 2,5 тысячи тонн редкоземельных металлов в год. Запуск производства запланирован на четвёртый квартал 2026 года.

Сырьевую базу для нового производства обеспечит Ловозерский горно-обогатительный комбинат в Мурманской области, где ведётся добыча лопаритового концентрата. На самом комбинате также модернизируют оборудование: недавно там внедрили новый гидросепаратор для более эффективного извлечения редкоземельных металлов из мелких фракций руды.

Разработанная технология позволит выпускать широкую номенклатуру продукции: церий, лантан, неодим, празеодим, а также концентраты среднетяжёлой группы редкоземельных элементов (самарий, гадолиний, европий). Это обеспечит российскую промышленность собственным сырьём для производства магнитов, катализаторов и другой высокотехнологичной продукции.

«Наноловушки» для извлечения золота из электронного мусора

Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) в сотрудничестве с коллегами из Китая разработали инновационный метод извлечения золота из отслужившей электроники. Технология позволяет добывать до 99,2% драгоценного металла, содержащегося в платах, флешках и других компонентах, которые обычно отправляются на свалки.

Учёные предложили использовать для улавливания золота специальные химические «губки». В структуру этих материалов встроены винилазольные мостики — соединения на основе полимеров, содержащих атомы азота, серы или кислорода.

«Губки» обладают уникальной способностью абсорбировать ионы золота из растворенного электронного лома. Под воздействием видимого света внутри пор материала происходит восстановление металла. Исследования показали, что разработка способна «впитать» золото весом в 4,6 раза больше собственного веса, извлекая практически все его содержание из отходов.

Материал демонстрирует высокую стабильность в кислотных и щелочных средах и может использоваться повторно до 4–5 раз без потери свойств.

Проблема переработки электронных отходов стоит остро во всём мире. По прогнозам учёных, к 2030 году объёмы выброшенной электроники достигнут 82 миллионов тонн. При этом, по данным Российского экологического оператора, в таких отходах сосредоточено около 7% мировых запасов золота. Однако сегодня извлекается лишь 6–8% драгметалла, поскольку переработке подвергается в основном крупная техника, а мелкие устройства отправляются на полигоны и мусоросжигательные заводы.

Новый метод не только эффективнее существующих аналогов, но и обладает высокой селективностью — он позволяет выделять золото даже из сложных соединений, содержащих никель, медь и другие металлы. Кроме того, технология экологичнее традиционных подходов, так как исключает использование агрессивных химикатов и энергоёмких процессов.

«Умный» кофе с защитой от стресса и переутомления

Специалисты Федерального исследовательского центра питания и биотехнологии разработали инновационную версию растворимого кофе, обогащённую природными адаптогенами. Новый напиток призван помочь организму легче переносить стрессовые ситуации, высокие физические нагрузки и неблагоприятные климатические условия.

Как рассказали создатели продукта, в состав кофе добавлены экстракты растений с доказанным адаптогенным действием. Это лимонник, родиола розовая (известная как «золотой корень») и элеутерококк. Эти компоненты традиционно используются в народной медицине для повышения выносливости и укрепления защитных сил организма.

«Биологически активные вещества с адаптогенным действием помогают человеку приспособиться к изменяющимся условиям жизни, укрепляют его организм и способствуют скорейшему восстановлению при стрессовых ситуациях, неблагоприятных условиях жизнедеятельности, при тяжёлых физических нагрузках и переутомлениях», — пояснил директор Научно-исследовательского института пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии Алексей Камбаров.

Изначально проект ориентировался на жителей Крайнего Севера — вахтовиков, геологов и специалистов, работающих в экстремальных условиях, где организм испытывает повышенные нагрузки и дефицит витаминов. Однако учёные подчёркивают, что новый продукт будет полезен и жителям мегаполисов, регулярно сталкивающимся со стрессом и усталостью.

Разработка сочетает классическое бодрящее действие кофеина с дополнительными преимуществами натуральных адаптогенов, что позволяет расширить функциональность привычного напитка без использования искусственных добавок.

Система превращения отходов сразу в три вида топлива

Учёные Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Кузбасского технического университета представили инновационную разработку в сфере «зелёной» энергетики. Им удалось создать систему полигенерации, которая позволяет перерабатывать отходы сельского хозяйства в три вида полезной энергии одновременно — водород, тепловую и электрическую энергию.
Предложенная технология базируется на процессе газификации биомассы (в тестах использовались буковые опилки) с помощью перегретого водяного пара. Установка генерирует пар с экстремальными параметрами — температурой до 1000°C и давлением до 30 бар, который затем подаётся в двухстадийные газогенераторы.

Разработка представляет собой замкнутый цикл, состоящий из нескольких блоков: газификации сырья, выделения водорода и генерации энергии. Такая структура не только повышает эффективность, но и минимизирует вредные выбросы.

«Схема состоит из нескольких блоков: газификации, выделения водорода, генерации тепловой и электрической энергии. Они взаимосвязаны между собой в технологическом цикле. Получается схема закрытого цикла, которая позволяет сократить выбросы вредных веществ. Причём исследования показали, что предложенная нами система может работать автономно», — пояснил доцент Кузбасского технического университета Сергей Шевырёв.

Лабораторные испытания подтвердили высокую производительность новой системы. По словам заведующего лабораторией тепломассопереноса ТПУ Павла Стрижака, установка способна производить до 0,15 кг «зелёного» водорода в секунду, перерабатывая 4 кг отходов с теплотворной способностью 19 МДж/кг.

«Предложенное технологическое решение позволяет производить до 0,15 кг “зелёного” водорода в секунду из биомассы с теплотворной способностью 19 МДж/кг, используя 4 кг отходов. Система гибкая и позволяет регулировать выпуск водорода, тепла и электроэнергии в зависимости от потребности», — добавил Павел Стрижак.

Исследования показали, что новый подход увеличивает энергетическую эффективность получения водорода до 46%, а общую эксергетическую эффективность — до 39%. При этом эксергетическая эффективность парового котла в новой схеме выросла более чем втрое — с 17% при традиционном подходе до 53%.

Разработка ориентирована на создание биоэнергетических установок для удалённых и труднодоступных регионов России, где остро стоит вопрос автономного энергоснабжения. В ближайших планах учёных — масштабирование технологии и адаптация схемы для работы с углём, а также создание модели глубокой переработки угля для получения синтезированных видов топлива.

Термостойкие материалы для лазеров и космической оптики

Учёные Санкт-Петербургского государственного университета совместно с коллегами из НИЦ «Курчатовский институт», ПИЯФ и Института химии силикатов им. И.В. Гребенщикова синтезировали новое семейство оксоборатов — материалов, которые сохраняют стабильность при температурах до 1200°C и обладают ценными оптическими свойствами. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда и опубликовано в журнале Inorganic Chemistry Communications.

Объектом изучения стали соединения с формулой Ca₆Ln₁₂O₉(BO₃)₁₀, где Ln — редкоземельный элемент от лантана до гадолиния. Их кристаллическая структура напоминает каркас с каналами, внутри которых расположены треугольные группы BO₃. При нагреве выше 1000°C часть этих групп переходит в частично разупорядоченное состояние, однако общая структура сохраняется, что обеспечивает материалу уникальную термостойкость в диапазоне от отрицательных температур до 1200°C.

Все синтезированные соединения оказались нецентросимметричными — это ключевое условие для проявления нелинейно-оптических эффектов, таких как генерация второй гармоники (удвоение частоты света). Экспериментально подтверждено наличие этого эффекта, а ширина запрещённой зоны материалов может достигать ультрафиолетового диапазона в зависимости от выбранного редкоземельного элемента.

Новое семейство обнаружили случайно при изучении известных боратов, когда из промежуточной смеси продуктов синтеза выделили монокристалл с неописанными ранее параметрами. После расшифровки структуры методом рентгеноструктурного анализа учёные целенаправленно синтезировали серию из пяти соединений.

Благодаря сочетанию настраиваемых оптических характеристик и рекордной термостойкости новые материалы перспективны для создания твердотельных лазеров, работающих в экстремальных условиях, люминофоров, пьезоэлектрических датчиков и компонентов аналитической аппаратуры для космической и ядерной отраслей. «Канальная» структура боратов также позволяет предполагать наличие у них ионно-обменных свойств, что открывает дополнительные направления для исследований.

Текст: Ирина Леонова

Изображения сгенерированы freepik.com и shedevrum.ai