Не только углепластик: ученый из ОАЭ Мохаммад Джаваид — о композитах на основе растений и будущем, которое они открывают

— Расскажите, пожалуйста, подробнее, какими исследованиями вы занимаетесь сейчас?

— Сейчас я исследую биомассу, которую получают из финиковой пальмы. В ОАЭ это растение играет большую роль в экономике и культуре региона. Страна занимает пятое место в мире по производству фиников, и, как планируется, количество финиковых пальм будет только расти. Поэтому сейчас многие наши исследования посвящены изучению биомассы этого растения: мы думаем, как можно использовать утилизированную биомассу в производстве ценных полимерных композитов.

― Какую пользу это может принести?

— Вообще, полимерные композиты — это многокомпонентный материал, физические, химические, механические и другие свойства которого зависят от его состава. Например, стеклопластики перенимают от стекла прозрачность и прочность, а углепластики благодаря соединениям углерода могут быть прочнее и жестче металла. Но эти и другие неорганические композиты объединяет одно — они не биоразлагаемы, поэтому их сложно утилизировать.

Решить эту проблему могут альтернативные виды композитов на основе природных волокон. Например, такие материалы уже создают, используя волокна финиковой и масличной пальм, банана, бамбука, льна, джута, кенафа и других растений. У органических композитов много полезных свойств ― они биоразлагаемы, прочны и устойчивы к износу, при этом мало весят и легко растягиваются.

— В каких областях и для каких задач их уже применяют? И где еще есть перспективы?

— Стоит оговориться, что помимо плюсов, у таких материалов есть и минусы. Их два основных: низкая термическая стабильность и устойчивость к влаге. Поэтому композиты с природными волокнами применять везде не получится.

Но есть целый ряд сфер, где они уже хорошо себя зарекомендовали. Это в том числе  автомобилестроение, строительство, оборонная и аэрокосмическая промышленность. Причем если раньше органические композиты использовали только внутри салона автомобилей Audi, Volkswagen и Mercedes Benz (например как обивку сидений), то сейчас их применяют и для экстерьера. Например, создатели гоночного автомобиля Mercedes-AMG GT4 сделали из материала на основе льняных волокон бампер. Отказ от углеродного волокна позволил им на 85% сократить выброс углекислого газа на всех этапах производства.

Также органические компоненты можно использовать для производства бронежилетов. Сейчас большую часть такой одежды по всему миру производят из кевлара. Это прочный и термостойкий материал, но при этом довольно дорогой.

С моим аспирантом мы смогли заменить часть синтетического волокна на волокна внутренней оболочки кокосовой пальмы и разработали бронежилет по международным стандартам. Он прошел испытания на пуленепробиваемость также хорошо, как и изделие из кевлара. Кроме того, благодаря органическим композитам нам удалось снизить на 44% стоимость затрат на производство и сделать его более экологичным.

Есть еще много областей, где органические композиты могут быть потенциально полезны. Например, полимер лигнин, который содержится в биомассе финиковой пальмы, можно использовать для удаления тяжелых и токсичных металлов из воды и почвы, а также поглощения углекислого газа. Сейчас в Университете ОАЭ я исследую характеристики лигнина, которые помогут создать полезные для экологии решения.

— Вы работаете с органическими композитами более 15 лет. Как в целом изменилась ваша научная область за последнее время?

— Я начал изучать материалы на основе природных волокон в 2008 году и посвятил этой теме свою докторскую диссертацию. В своей работе я объединял два органических материала, а затем делал композит и исследовал его характеристики. 15 лет назад над этой темой работали совсем немногие ― опубликованных статей было очень мало.

Все изменилось, когда Генеральная ассамблея ООН объявила 2009 год международным годом природных волокон. Это событие привлекло внимание многих ученых, область органических композитов стала более популярной, а я почувствовал, что нахожусь на переднем крае науки и двигаюсь в нужном направлении. За это время я успел поработать с разными растениями — например, дикой пальмой, кенафом, бананом, вашингтонией, оливой и льном.

Потенциал у органических композитов очень высок ― вы можете создавать материалы под очень разные требования. Это вдохновляет.

― А какие важные вопросы еще предстоит решить?

― В развивающихся странах (например, в Малайзии, Индии или Бангладеш) мы пока не дошли до массового использования композитов с природными волокнами. Во-первых, производство таких материалов не до конца автоматизировано, поэтому сложно получить качественные и постоянные поставки сырья. Во-вторых, природные материалы из одного и того же вида натуральных волокон отличаются в зависимости от места их произрастания. Ученые проводят фундаментальные исследования природных волокон, анализируют все их свойства и решают, насколько конкретное растение подходит для изготовления композитов и где их можно применять.

— В этом году вы принимаете участие в международной биотехнологической конференции BIOCON в Альметьевске, которую организует в том числе Передовая инженерная школа ИТМО. Почему решили принять участие и какие исследования планируете там представить?

— Предыдущая конференция объединила многих выдающихся исследователей и докладчиков. Я был очень впечатлен, поэтому решил поучаствовать в этом году. Для меня это событие станет хорошей возможностью рассказать о своей работе и познакомиться с новыми коллегами.

На BIOCON–2024 я представлю свои исследования, связанные с использованием сельскохозяйственной биомассы для упаковки пищевых продуктов, строительных и оборонных материалов. Например, на основе биоматериалов можно создавать биоразлагаемую компостируемую упаковку для продуктов. В отличие от 40% упаковок, в которых сейчас используется пластик, органический вариант сокращает количество неперерабатываемых отходов, а включенные в такую упаковку антибактериальные наночастицы помогут продлить срок годности пищи. Помимо этого, сейчас мы разрабатываем строительный материал на основе природных волокон. Его теплоизоляционные свойства помогут сохранить в доме больше тепла, а акустические — создать эффективную звукоизоляцию.

— Есть ли у вас интерес к сотрудничеству с коллегами из России?

— Я хотел бы работать с российскими учеными в области биоматериалов для нефтегазовой промышленности. Для России и ОАЭ нефть и газ — одна из важнейших отраслей. Я работаю на факультете химического и нефтяного машиностроения Университета ОАЭ, где проводится много исследований по использованию биоматериалов для повышения нефтеотдачи — количества добытой нефти из скважины. Также большинство труб сделаны из синтетических материалов, возможно, мы можем продлить их срок службы, заменив на биоматериалы. Я надеюсь, что во время визита в Россию найду соавторов, с которыми мы сможем получить совместный грант или начнем развивать сотрудничество между университетами, чтобы вместе найти решения для нефтегазового сектора.

BIOCON — международная биотехнологическая конференция, которая пройдет с 11 по 13 ноября в Альметьевске (Республика Татарстан). Мероприятие организует факультет биотехнологий и Передовая инженерная школа ИТМО при поддержке ПАО «Татнефть». В течение трех дней более 250 ученых из 14 стран, в том числе России, Китая, Индии, Малайзии, Омана и Японии, обсудят тренды и вызовы в трех областях биотехологий — индустриальной, сельскохозяйственной, морской и пресноводной. Например, эксперты расскажут о производстве биополимеров с использованием «зеленой» биотехнологии и биотоплива из морских ресурсов, а также косметической промышленности и генетически модифицированных организмах. Участники, которые не нужна виза или нужна e-visa, могут зарегистрироваться на мероприятие до 25 октября.