Главный приоритет - конкурентоспособным технологиям

Тофик Нагиев: Рейтинги придуманы для коммерциализации науки

Почти 40 лет назад была успешно осуществлена реакция связывания азота в виде N2О (закиси азота) через взаимодействие N2 c перекисью водорода при среднетемпературных условиях (в зарубежной научной литературе называется «эффектом Нагиева»), однако эти экспериментальные результаты до недавнего времени оставались незамеченными в научной литературе.

Но в 2013 году в «Журнале структурной химии» были опубликованы результаты квантовых химических расчетов, проведенных украинскими учеными, в которых они фундаментально подтверждают возможность и эффективность азотфиксации в виде N2О.

Начало - в далеких семидесятых

А началом химического процесса, впоследствии получившего такое громкое название, стали исследования по окислению бутана в среде азота перекисью водорода, которые молодой химик, тогда еще только-только защитивший докторскую диссертацию 32-летний Тофик Нагиев, начал в далеком 1973 году. Сейчас это известный азербайджанский ученый, вице-президент Национальной академии наук Азербайджана (НАНА), завотделом «Конгерентно-синхронизированные реакции окисления» академического Института катализа и неорганической химии имени академика Муртузы Нагиева, а по совместительству еще и директор Научного центра «Азербайджанская национальная энциклопедия».

Описываемая реакция хоть и не вошла в его диссертацию, тем не менее в лаборатории, которой он заведовал, уже вовсю шли исследования на эту тему, появились первичные результаты окисления азота перекисью водорода. Но чтобы закрепить их, надо было исследовать и обнаружить окислы азота. Загвоздка была в отсутствии у них методов анализа этих соединений, приходилось довольствоваться только масс-спектрометрическим методом анализа. Тогда он решил соединить лабораторный микрореактор с масс-спектором, с тем чтобы, проводя реакцию, отбирать пробы для анализа продуктов реакции сразу на выходе их из реактора. Были получены очень важные научные результаты, которые решено было опубликовать в «Докладах Академии наук СССР» - журнале №1 в то время. Правда, для этого требовалось, чтобы статья в журнал была представлена либо действительным членом АН Советского Союза, либо соавтором - академиком республиканской Академии наук. В качестве соавтора стал отец Тофика Нагиева - на тот момент директор Института теоретических проблем химической технологии академик Муртуза Нагиев (к слову, институт этот, нынче Институт катализа и неорганической химии, носит имя этого выдающегося азербайджанского ученого).

После того, как материал был принят к публикации, незамедлительно пришел ответ из Москвы с предложением лично встретиться с авторами. Нагиев-старший к тому времени уже тяжело болел, лечился в «кремлевской» больнице, и так случилось, что в тот день, когда была назначена встреча, он выписался из больницы и, несмотря на все уговоры сына остаться в гостинице, он все же с сыном поехал в редакцию журнала. Их радушно встретили и сказали, что академик Фрумкин (выдающийся советский физикохимик, бывший на тот момент главным редактором журнала) обычно читает только заголовки материалов, представленных к публикации. Но статью азербайджанских ученых прочитал полностью и предложил публиковаться чаще. В архиве Тофика Нагиева до сих пор лежат журнальные гранки с поправками основоположника современной теоретической электрохимии.

- Тофик муаллим, 1973 год и 2019-й - какой колоссальный разрыв. Все это время был простой?

- Ни в коем случае. За эти годы мы получили патенты, сделали более 30 публикаций в самых известных авторитетных научных журналах СССР, несколько моих аспирантов защитились по этой тематике, и я все это время продолжал исследовать эту тему.

- Но, тем не менее, она не стала главной сферой ваших научных интересов?

- Вы не правы. Она всегда была одной из них.

- Как используют азот в промышленности?

- Азот входит в число массовых промышленных газов и находится на втором месте после кислорода. Получают азот двумя способами - сжижением воздуха и отделением его от воздуха с помощью мембран.

Деньги - из воздуха

- А как получают из азота азотосодержащие соединения? И почему это так важно?

- Начну, пожалуй, с процесса Габера-Боша. В 1901 году Анри Ле Шателье запатентовал способ получения аммиака из водорода и азота под высоким давлением и температуре, а также с помощью катализатора. Однако он не стал автором производственного процесса. Необходимые расчеты провел Фриц Габер с двумя другими великими химиками - Вильгельмом Оствальдом и Вальтером Нернстом. Созданный Карлом Бошем для реализации придуманного ими процесса завод запустила в 1913 году компания БФАС (Баденская фабрика анилина и соды). В 1925 году она вошла в состав основанного Бошем концерна «И.Г.Фабериндустри». Азот для производства аммиака берут прямо из воздуха, а водород - преобразуя природный газ. Процесс Габера-Боша требовал гораздо меньших затрат энергии, чем процесс Биркеланда-Эйде, отчего вскоре норвежская селитра исчезла с рынка, а Габер в 1918 году и Бош в 1931-м получили заслуженные нобелевские премии.

Аммиак служит сырьем для получения аммония и его соединений, азотной кислоты, а из нее - различных нитратов и многих других продуктов химического производства. Вот почему фиксация атмосферного азота в виде химического аммиака позволила совершить в XX веке вторую «зеленую» революцию - создание синтетических азотных удобрений резко подняло урожайность и позволяет накормить вот уже более 7,5 млрд людей.

- Это тот самый процесс синтеза аммиака Габера-Боша, при котором атмосферный азот «связывается», превращая воздух в… деньги?

- Вот именно. Однако этот процесс сегодня в условиях, когда цены на нефть и природный газ достаточно высоки, технологически отнюдь нерентабельный. В нем недеятельный азот из атмосферы в несколько технологических стадий превращается в полезный аммиак в присутствии катализаторов, высоких температур и давлений. Затем из полученного аммиака синтезируют азотную кислоту, необходимую для получения сельскохозяйственных удобрений. Синтез аммиака восстановлением азота молекулярным водородом не ограничен только фиксацией исходного сырья - азота. С этой точки зрения предприятия желательно располагать там же, где расположены потребители, способные обеспечить платежеспособный спрос. Речь идет о производствах, которым синтез аммиака необходим для производства удобрений, позволяющих повысить урожайность в сельском хозяйстве, или предприятиях, производящих порох и т.д.

- А почему процесс нерентабелен?

- Потому что протекает в несколько технологических стадий, как минимум - в четыре: из метана получают водород, который затем очищается от СО и СО2 с последующим восстановлением азота в аммиак, а из него синтезируют азотную кислоту, которая используется для получения удобрения. В случае синтеза закиси азота необходимо из аммиака и азотной кислоты получить нитрат аммония, разложение которого дает нам закиси азота. Это еще два дополнительных технологических процесса.

Нерентабельный процесс

- Вы можете предложить альтернативу?

- Да, мы как раз этим и занимаемся. Если процесс Габера-Боша носит восстановительный характер, то мы решили этот вопрос окислением. Я понимал, что надо обязательно внедрять, потому что это решение вопроса, позволяющее синтезировать закись азота - N2O (веселящий газ) и азотную кислоту гораздо более рентабельным путем в одну технологическую стадию, а не в 4-6, как у них. Это был своего рода наш научный прорыв. В 80-е годы я решил внедрить этот процесс, но чтобы выйти на промышленный уровень, надо было апробировать его на пилотной установке, ведь процессы в лабораторных микрореакторах трудно масштабировать в крупные.

В 1985 году в СКБ нашего Института молекулярной биологии и биотехнологии мы заказали 4-х литровую пилотную установку для окислительной азотфиксации, через два года она была готова, и мы приступили к экспериментам, стали запускать установку. Но тут у меня случились длительные загранкомандировки (США, Швеция), потом наступили тяжелые 90-е, некоторые сотрудники лаборатории ушли зарабатывать на жизнь в другие сферы, потом - нулевые, ремонт во всей академии, многие учреждения НАНА стали избавляться от старого оборудования. Но я берег свой реактор как зеницу ока, и даже заняв должность директора Научного центра «Азербайджанская национальная энциклопедия», продолжал работать над темой окислительной азотфиксации. Поделил лабораторию на две самостоятельные лаборатории, одна из которых занимается азотфиксацией и окислением закисью азота, а другая - окислением углеводородов перекисью водорода в газовой фазе.

Как видите, хоть процесс и затянулся, но он всегда был в моей голове. В 2016 году мы получили грант от Фонда развития науки при Президенте страны (ФРН). И за эти два года разработали альтернативный способ фиксации азота, то есть получаем закись азота, азотистую, азотную и азотноватистую кислоты в одном реакторе, а не в четырех-шести, как в процессе Габера-Боша. Кроме того, новизна нашей работы в том, что у нас на выходе фиксируется более 50% азота, а у них (процесс Габера-Боша) - только 15-25%.

- Осталось только внедрить это в производство?

- Вот именно. Мы встретились со специалистами ПО «Азеркимья», обсудили с ними все очень подробно и очень конкретно, показали им наш реактор. Всем все понравилось, но оказалось, что у них недостаточно средств для внедрения этой технологии в промышленное производство. Но, согласитесь, каким бы дорогим не был этот процесс, он не может быть в принципе дороже многостадийной технологии Габера-Боша.

- Вся надежда на частное инвестирование?

- Совершенно верно. Теперь вопрос стоит так: чтобы внедрить этот процесс в производство, надо застолбить право на него, то есть получить новый патент уже в условиях пилотной установки. Одну заявку на одно изобретение мы уже подали. Второй патент хотим получить либо в Японии, либо в Швейцарии или Сингапуре. Но это стоит десятки тысяч долларов.

- Это важно для вашего рейтинга - получить международный статус?

- Честно говоря, я уже состоявшийся ученый, и вопрос рейтинга носит риторический характер. Для меня естественным образом чрезвычайно важно создать нашу азербайджанскую конкурентоспособную на мировом рынке технологию получения закиси азота, уже сегодня успешно применяемую в ракетных двигателях (Китай, Россия и США), для маневров космических и летательных аппаратов, в медицине как анестезирующее вещество (закись азота абсолютно не токсична), в спорте (увеличивает мощность двигателей гоночных машин).

- Иначе ваши разработки могут закупить международные компании, а самый свежий пример - с убыточным татарстанским «Аммонием»?

- Да, действительно, татарстанский производитель азотных удобрений «Аммоний» может стать сингапурским после того, как контрольный пакет завода может купить крупный азиатский химический холдинг Indorama Corporation и Российский фонд прямых инвестиций (РФПИ). Эксперты полагают, что новый инвестор поможет вывести продукцию предприятия на основные азиатские рынки сбыта.

Применяя новые технологии

- А что известно об этих предприятиях?

- Проектные мощности «Аммония» составляют 717 тыс. тонн аммиака, столько же карбамида, 233 тыс. тонн метанола, а также около 300 тыс. тонн аммиачной селитры в год. Непокрытый убыток компании в 2017 году составил 37,7 млрд руб. при выручке в размере 16 млрд руб. Владельцами, по данным СПАРК, являются ООО «Татаммоний» (52,9%), венчурный фонд Татарстана (24,3%), а также ВЭБ (22,8%), причем госкорпорация выступает и крупнейшим кредитором предприятия. Конечные бенефициары «Татаммония» не раскрываются.

Indorama - крупная химическая компания со штаб-квартирой в Сингапуре, в которую входят 75 предприятий в 25 странах, в том числе в Северной Америке, Китае, Европе. Численность персонала - 30 тыс. человек. После вхождения в капитал «Аммония» Indorama сможет увеличить эффективность предприятия благодаря своему опыту, а также интеграции «Аммония» в логистическую и сбытовую сеть Indorama. До этого «Аммоний» планировал к 2020 году вывести продукцию комплекса на основные рынки сбыта через создание собственной дистрибьюторской сети в Татарстане, России и Европе. Однако власти Татарстана уже в начале 2018 года отмечали снижение доли продаж на внешний рынок в выручке «Аммония».

- В Баку, как известно, есть предприятие (в составе Сумгайытского технопарка), где налажен процесс Габера-Боша. А как с этим обстоит в других странах СНГ?

- Мне известно, что несколько таких заводов есть в России. Это крупнотоннажные производства, которые в эпоху нестабильных и относительно высоких цен на нефть и газ сталкиваются с большими проблемами экономического характера. Мы же планируем создать малотоннажное производство, которое будет характеризоваться гибкостью, простотой технологического оформления и экономически малой зависимостью от исходного сырья. Кроме того, внедрение этого процесса позволит исключить получение аммиака при производстве азотной кислоты, тем самым существенно уменьшит расход природного газа и выбросы парниковых газов.

- Насколько выгоден бизнес по производству азотных удобрений?

- Это очень выгодный бизнес, особенно с учетом того, что цена в России на газ по-прежнему низкая с учетом девальвации рубля, в то время как стоимость аммиачной селитры и карбамида на крупнейших рынках сбыта постепенно восстанавливается после резкого падения в прошлом году. Но стоимость актива на рынке называют завышенной с учетом слабых финансовых показателей «Аммония». При этом некоторые эксперты считают, что если Indorama будет готова инвестировать в актив, то в перспективе может начать выпуск и сложных удобрений, поскольку спрос на них растет быстрее, а внутренние цены на сырье в России существенно ниже, чем в мире.

- Кстати, 2019 год только начался, а у вас уже вышла очередная статья, и не где-нибудь, а в авторитетном журнале Reaction kinetics, mechanism and catalysis издательства Springer, с чем мы вас и поздравляем.

- Спасибо. Действительно, одна из полезных функций участия наших ученых в международных конференциях и симпозиумах - это возможность потом опубликовать свои работы в престижных журналах с высоким импакт-фактором. Знаете ли вы, сколько надо заплатить за то, чтобы статья была напечатана в этом журнале? Три тысячи евро. А мы не заплатили ни копейки, потому что участвовали в конференции в Будапеште в конце прошлого года, и наши работы были выбраны для публикации в Reaction kinetics, mechanism and catalysis.

Этим я как бы хочу сказать тем, кто жалуется, что публикации стоят дорого, что есть и другой путь: участвуйте в международных научных мероприятиях и будете публиковаться бесплатно. Кроме того, именно на конференциях можно не только почитать стендовые и прослушать устные доклады, но и познакомиться и лично пообщаться с ведущими учеными мира.

- Вы по-прежнему к рейтингам относитесь скептически?

- Да, я по-прежнему считаю, что рейтинги наносят вред науке, потому что они придуманы, как мне представляется, исключительно для коммерциализации научных журналов. Кроме того, публикация статьи в этих рейтинговых журналах - дорогостоящая процедура, и не все могут себе позволить это, а для меня самое главное - приоритет моей работы. Мне необходимо, чтобы мой приоритет был защищен своевременной публикацией. А рейтинги, как и любая коммерческая процедура, не всегда гарантирует это.

Рассматривая в фундаментальном контексте

- Вы начали заниматься научной деятельностью еще со студенческой скамьи. Можно ли сказать, что во многом это благодаря факту вашей биографии - вы ведь родом из семьи известного мировой науке ученого-химика - Муртузы Нагиева?

- В определенном смысле, конечно. Когда я начал заниматься газофазными реакциями окисления перекисью водорода, отец меня очень поддерживал. Ему нравилось, что я самостоятельно пришел к изучению этой проблемы, и по существу научил меня, как надо работать в науке - не только своими советами, но и собственным примером. Самое главное - очень скрупулезно и внимательно подмечать все факты, концентрироваться на «главном ударе» и, что называется, бить в одну точку. Словом, серьезный исследователь передал мне свою школу.

Он был ученым до мозга костей, академиком стал в 42 года. Такое ощущение, словно он работал круглосуточно, вставал по ночам и писал статьи и монографии. При этом никому из своих детей не навязывал свое научное направление, теорию рециркуляционных процессов в химической технологии. И я, и мои сестра и брат сами выбрали химический факультет. Отец дожил до того дня, когда я стал доктором наук, сестра - кандидатом, а брат Чингиз позже стал доктором технических наук.

- Вы тоже достаточно рано преуспели на научном поприще?

- Да, доктором химических наук я стал в 32 года. Поскольку моя тема газофазного окисления пероксидом водорода была фактически не исследована к тому времени, в 1970-м я целый год был на стажировке во французском Институте нефти, собрал хороший материал, провел ряд исследований, и практически к 1973 году подготовил докторскую диссертацию. Я защищал ее в Москве, в Институте нефтехимического синтеза им.А.В.Топчиева АН СССР.

- В далекие 70-е годы прошлого столетия вы сотрудничали не только с советскими коллегами, но и с зарубежными - учеными научных центров Франции, США, Великобритании, Японии, Швеции… Вероятно, это был бесценный опыт для вашей дальнейшей карьеры?

- Безусловно. Я трижды ездил в Америку в качестве визитинг-профессора, это очень высокий уровень приема иностранного ученого. Мы с коллегой Джимми Тернером занимались биохимическим катализом, он сразу оценил мой уровень, предложил остаться там, сделать совместный проект. Но я отказался, хотя поставил в США уникальный компьютерный эксперимент, связанный с моими окислительными реакциями. Результаты опубликовал в «Вестнике МГУ», и на этой базе создал свои биомиметические катализаторы. Так что, отвечая на ваш вопрос, скажу: опыт бесценный. Причем я не вливался ни в чью программу, а занимался своей темой и достаточно сильно продвинулся. Кроме того, в 1989 году несколько месяцев вел научно-исследовательскую работу в Швеции, в отделе известного ученого-органика Сало Грановича. Кстати, он с конца 80-х до самой смерти был председателем Нобелевского комитета по химии.

- А свой личный вклад в науку вы оцениваете высоко?

- Сказать так было бы нескромно. Но если рассматривать в фундаментальном контексте, могу сказать, что мне удалось создать макрокинетическую теорию когерентно-синхронизированных химических и биохимических реакций, а также дать определение химической интерференции, предложить уравнение детерминанты, учитывающее условие когерентности и фазовые сдвиги синхронизированных во времени и пространстве реакций. Кроме того, мне удалось развить биомиметический катализ - относительно новое направление катализа в области монооксигеназных, пероксидазных и каталазных реакций. В результате применения этого научного направления в биотехнологии разработаны новые биомиметические сенсоры.

В ряду моих фундаментальных научных достижений важное место занимают новые HO2 - зависимые элементарные реакции с соответствующими кинетическими параметрами. Широкую известность приобрело также обнаруженное мною свойство пероксида водорода индуцировать новые свободно-радикальные реакции в газовой фазе - окислительная фиксация атмосферного азота в закись азота, сопряженное дегидрирование, эпоксидирование, гидроксидирование и окисление метана в метанол, формальдегид и водородсодержащий газ.

Ну, а об «эффекте Нагиева» мы уже говорили с вами очень подробно.

Галия АЛИЕВА

Каспий.- 2019.- 9 февраля.- С.12-13.