Нефтяные масла и смазки используются для снижения трения и износа в двигателях, подшипниках, шарнирах, это важно для автомобилестроения и авиации. Однако их производство наносит значительный вред окружающей среде: утечки смазок загрязняют почву и воду, а их утилизация требует специальных мер. Развитие альтернативных технологий — важный шаг к снижению зависимости от нефти и защите окружающей среды. Ученики Политехнической школы под руководством ученых Пермского Политеха разработали инновационную технологию переработки жиросодержащих отходов в биоразлагаемые смазочные материалы, которые не только безопасны для природы, но и обладают улучшенными свойствами благодаря уникальным биологическим компонентам.
Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Смазочные материалы на основе нефтепродуктов играют ключевую роль в промышленности и транспорте. Они уменьшают трение, защищают детали от износа, коррозии и перегрева. Их используют в двигателях автомобилей и промышленного оборудования, в подшипниках, редукторах, шарнирах, в гидросистемах станков, экскаваторов и самолетов. Проблема в том, что утечки нефти на производстве загрязняют почву и воду, их утилизация требует специальных мер, а разложение нефтепродуктов может длиться сотни лет.
Не только это вредит современной экологии. Загрязняют окружающую среду и предприятия общественного питания, которые ежедневно выбрасывают большое количество отработанного масла, остающееся после жарки во фритюре или на сковородах. Многие рестораны и кафе сливают горячее масло в раковину, где оно застывает и образует плотные жировые пробки, а в холодном климате, как в России, эти отложения смешиваются с другими отходами, создавая «жировые айсберги», которые блокируют трубы. Если же масло выливают в водоемы, оно образует плотную пленку на поверхности, препятствуя газообмену, что ведет к гибели рыб и водных организмов.
Ученые Пермского Политеха совместно со старшеклассниками Политехнической школы разработали технологию, которая позволяет превращать эти отходы в полезный продукт — смазочные материалы, которые можно будет использовать вместо тех, которые сейчас изготавливаются из нефти.
— Экологически безопасный метод позволяет превращать жиросодержащие отходы сначала в эфиры жирных кислот. Эти соединения – основа для производства смазочных материалов, которые способны заменить традиционные нефтяные аналоги. Особенность технологии заключается в ее универсальности: сырьем могут служить как чистые растительные масла, так и отходы, что делает процесс экономически выгодным. Кроме того, мы используем гидрофобины — белки, выделенные из дрожжей Yarrowia lipolytica, которые улучшают вязкость и качество конечного продукта, — рассказывает Ирина Пермякова, руководитель проекта, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук.
Дополнительным преимуществом является переработка глицерина — побочного продукта, который остается после химической реакции, — в полезные органические кислоты, которые используют в производстве полимеров, растворителей, антифризов, косметики, фармацевтических препаратов и пищевых добавок. Это делает технологию безотходной.
Хотя технологии производства биосмазок существуют в мире, российский рынок еще не освоил подобные решения, поскольку технологическая база для их массового производства и внедрения пока недостаточно разработана. Уникальность проекта заключается в комбинации переработки отходов с применением гидрофобинов, которые повышают качество смазочных материалов без использования токсичных добавок. Кроме того, доступность сырья и безотходность процесса делают технологию конкурентоспособной.
— На данный момент нами получены эфиры жирных кислот и исследована их биодеградация, начато выращивание дрожжей и выделение гидрофобинов, разработаны биокатализаторы для переработки глицерина в органические кислоты. В ближайших планах в течение года — завершить испытания гидрофобинов, обобщить результаты и подготовить материалы для заявки на патент, — комментирует Ирина Терлецкая, участник проекта, ученица Политехнической школы.
Потребителями результатов проекта могут стать предприятия общественного питания, производители смазочных материалов, заинтересованные в экологичных альтернативах, а также малый бизнес и сельхозпредприятия, использующие технику, где требуются безопасные смазки.
Внедрение технологии ученых Пермского Политеха и учеников Политехнической школы способно существенно снизить нагрузку на окружающую среду. Биоразлагаемые смазки уменьшают зависимость от нефти и токсичность при утечках, что особенно важно для экологически чувствительных зон, а использование доступного сырья и производство дополнительных продуктов (органических кислот, кормовой биомассы) делает технологию привлекательной для бизнеса.