ПЭТ-плёнка сыграет решающее значение в борьбе с изменением климата в Узбекистане

Многие слышали о Большой солнечной печи в селе Чанги Хисарак Паркентского района Ташкентской области. Попавшие на объект люди слушают о научно-производственном объединении «Физика-Солнце» и, практически единицы знают, что знаменитое сегодня НПО выросло из лаборатории космических лучей, организованной академиком С.Азимовым в далеком 1948 году в Физико-техническом институте академии наук Узбекистана. Время идет, все меняется и теперь уже Физико-технический институт (ФТИ) Академии наук Узбекистана входит в НПО «Физика-Солнце».

ФТИ остается одним из крупнейших исследовательских институтов Узбекистана, который на основе грантов Центра науки и технологий при Кабинете министров РУз, международных грантов, различных соглашений и договоров по разработке научной и наукоемкой продукции ведет как фундаментальные, так и прикладные работы в важнейших областях современной физики и технологии, использования возобновляемых видов энергии.

Ветераны института рассказывают, что Большая солнечная печь была задумана для изучения процессов, которые проходят в центре ядерного взрыва, изучения космических лучей и радиации, что крайне важно с точки зрения военно-промышленного комплекса, создания защиты от радиационного и термического поражения.

Физико-технический институт, с которого начинались разносторонние исследования в области физики был основан в самый разгар Великой Отечественной войны – в 1943 году. Институт, в котором работали выдающиеся ученые, прибывшие из Москвы и Санкт-Петербурга (тогда – Ленинграда) стал праотцом нескольких научно-исследовательских институтов, широко известных далеко за пределами Узбекистана.

К примеру, образованный в 1956 году Институт ядерной физики, в 1967 году — Институт электроники – все эти солидные учреждения начинались с Физико-технического института.  Точно также на базе нескольких лабораторий ФТИ в 1986 году было организовано теперь широко известное Научно-производственное объединение «Физика-Солнце», строительство которого шло с середины 70-х годов прошлого века.

Объект, который официально называется оптико-зеркальный комплекс с Большой солнечной печью тепловой мощностью 1000 кВт был введен в действие в 1987 году на основе научно-технических разработок института под руководством академика С.Азимова. На базе этого комплекса в 1993 году создан Институт материаловедения, входящий в состав НПО «Физика-Солнце». Физико-технический институт в настоящее время выполняет фундаментальные исследования и осуществляет научно-технические разработки по четырем направлениям:

• физика высоких энергий — изучение фундаментальных законов взаимодействия частиц и ядер при ускорительных энергиях и сверхвысоких энергиях космического излучения;
• физика полупроводников — исследование физических процессов в полупроводниковых материалах и структурах с целью создания технологий эффективных фотопреобразователей, фотоприёмников и различных высокочувствительных датчиков;
• преобразование солнечной энергии – развитие основ прямого, термодинамического и теплового преобразования солнечной энергии и разработка конструкций высокоэффективных гелиотехнических установок.
• теория твердого тела — исследование нелинейных волновых возбуждений в конденсированных средах и оптических системах.

Одним из самых крупных и плодовитых с научной точки зрения институтов в составе НПО «Физика-Солнце» является Институт материаловедения. У института много разработок и патентов, поэтому расскажу лишь об одной, которая, на мой взгляд, уникальна по своей практичности.

Особенное внимание привлекла полиэтиленовая пленка для теплиц, которая с виду очень мало отличается от обычной, возможно кажется немного толще и плотней. Однако, именно эта плёнка может сыграть решающее значение для весомого вклада Узбекистана в борьбу с изменением климата.

Испытания показали, что при температуре внешней среды минус 15 градусов, при чем с ветром, внутри теплицы, покрытой такой пленкой температура не опускается ниже +5 градусов по Цельсию при полном отсутствии отопления. Пленка держит такую температуру даже в ночное время. Это связано с тем, что в композит добавляется функциональная керамика с фронтом нарастания импульса, соответствующего 3,2-3,6 мкм, а поскольку полиэтилен не прозрачен в этом диапазоне – излучение, дающее энергию остается внутри теплицы, температура не уходит наружу.

Секрет пленки состоит в том, что в неё добавлены наночастицы специально произведенной, очень сложной по составу керамики. Достаточно сказать, что теоретической основой этого изобретения является работа Ричарда Фейнмана по квантовой электродинамике, за которую он получил Нобелевскую премию вместе с Синъитиро Томонагой и Джулианом Швингером.

Эта керамика всегда преобразует солнечную энергию в энергию с квантовой температурой 17-22 градуса. Это происходит при любой температуре внешней среды. Таким образом, в жару пленка охлаждает, а в прохладу – повышает температуру в теплицах. Из одного высокоэнергетического фотона образуется 20 и более фотонов с такой квантовой энергией. Кроме того, импульсное излучение, генерируемое композитом, проникает на глубину более 1 метра, прогревая почву, которая, впоследствии служит источником фононов, преобразующихся частично в фотоны, которые поддерживают температуру почвы и корней растений.

Естественно, возникает вопрос о цене такой пленки, в которую добавлена сложная по составу керамика. Как оказалось, она уже производится на заводе «Джиззакпластмасса», правда, в ограниченном объеме. Цена плёнки при массовом производстве будет дороже не более, чем на 20-25%, так как преимущественно используется местное сырье, в основном, конечные отходы меднорудного комбината, г.Алмалык.

К сожалению, пока её нет в свободной продаже, потому что ограничено производство керамики из-за отсутствия производительного оборудования помола керамики и ее первичной термообработки. В настоящее время лаборатория № 1 наладила научные контакты с Беларусью и пытается устранить проблему.

Использование плёнки весьма окупаемо, причем в самые короткие сроки – практически менее, чем за сезон. Однако, есть ещё одно несомненное достоинство – во-первых, снижается расход топлива, как минимум на 40-60%. В реальности, при испытаниях отопление не подключалось ни разу в течении зимнего периода, но приемлемая температура сохранялась круглый год.

Применение такой пленки в промышленных масштабах будет прямым вкладом в выполнение обязательств Узбекистана по снижению выброса парниковых газов в атмосферу на 35% к 2030 году. Именно такое обязательство взял на себя Узбекистан в рамках исполнения требований Рамочной конвенции ООН по борьбе с изменением климата. 

Во-вторых, урожайность повышается на 30-50% (реально урожайность повысилась в 3 раза для помидор, при испытаниях в 3 теплицах размером 60Х10 метров каждая), снижается расход воды (до 6 раз).

В-третьих, не образуется конденсата, который превратившись в лед или укрупнившись, падает на растения и калечит их.

В-четвертых, за счет излучения керамики обеспечивается дезинфекция помещений и устраняются неприятные запахи жизнедеятельности патогенных микроорганизмов.

В-пятых, не наблюдается заболеваний растений по этой же причине.

В-шестых, пчелы выбирали именно теплицы с композитом, что обеспечивало хорошее опыление растений и, как следствие, высокую урожайность.

И, наконец, седьмое, но важное – преобразование ультрафиолетового излучения защищает композит от разрушения, которое обусловлено именно УФ-излучением. Таким образом, идет реальная экономия по расходу полимерного покрытия. При сравнительных испытаниях на Паркентской территории, где высокий уровень УФ, обычной полиэтиленовой пленки и композита, в период февраль-декабрь 2021 года, обычную пленку пришлось менять 6 раз, из-за разрушения под действием УФ, а композит – до сих пор в отличном состоянии. Он совершенно не изменился.

Таким образом, более высокая стоимость композитной пленки относительно обычной, окупается многократно, в том числе и за счет резкого снижения трудозатрат, при выращивании и поддержании теплицы в должном состоянии.

Об остальных уникальных разработках узбекских ученых, которые вносят весомый вклад в выполнение Рамочной конвенции ООН по изменению климата мы тоже обязательно постараемся рассказать.

Икром Абдулла