Авторлар: Арайлым Нұрпейісова, Янвей Ванг, Бақтияр Солтабаев, Нуршат Нуражи, Вуджин Ли, Жұмабай Бакенов

Назарбаев Университетінің National Laboratory Astana (NLA) жанындағы энергетика және жаңа материалтану орталығы (CEAMS) Қазақстанда ғылыми инновациялар саласында жетекші орын алады. Пәнаралық зерттеулердің белсенді дамып келе жатқан алаңы бола отырып, орталық энергетика, материалтану, денсаулық сақтау, қоршаған ортаны қорғау және

Тұрақты даму салаларындағы негізгі міндеттерді шешуге бағытталған. Біздің миссиямыз ғылым мен технология болашаққа негіз болады деген сенімге сүйене отырып, елдің ғылыми ілгерілеуі мен тұрақты дамуына ықпал ету.

ational Laboratory Astana (NLA) әлемдік деңгейдегі зертханалары және заманауи зерттеу инфрақұрылымы бар халықаралық зерттеу орталығы, бұл әр түрлі ғылыми салаларда озық зерттеулер жүргізуге мүмкіндік береді. NLA зертханалары екі орталыққа біріктірілген Энергетика және жаңа материалдар туралы ғылым орталығы (CEAMS) және Өмір туралы ғылымдар орталығы (CLS). Халықаралық ғылыми-зерттеу мекемелерімен және университеттермен бірлесе отырып, CEAMS «жасыл» энергетика, ақылды материалдар және энергияны үнемдейтін технологиялар саласындағы инновациялық шешімдерді әзірлейді. Осы ынтымақтастық арқылы біздің зерттеушілер халықаралық аренадағы кейбір маңызды бағыттардың көшбасшылары бола отырып, әлемдік ғылыми прогреске айтарлықтай үлес қосады. Орталықтың жобалары жаңа технологиялар мен материалдарды әзірлеуге, сондай-ақ Қазақстанның бірегей қажеттіліктері мен ресурстарын ескере отырып, технологиялар мен түрлі стандарттарды бейімдеуге бағытталған. Экологиялық таза энергетикаға және климаттық тұрақтылыққа көшу мәселелері ерекше өзекті болған дәуірде CEAMS Қазақстанның энергетикалық секторын трансформациялауды және орнықты әрі әртараптандырылған экономикаға көшу жөніндегі бағдарламаларды қолдауда шешуші рөл атқарады. Сирек жер және сирек элементтер және жаңартылатын энергияның орасан зор әлеуеті сияқты елдің бай табиғи ресурстарына сүйене отырып, озық технологиялар мен материалдарды біріктіре отырып, біздің ғалымдар энергияны сақтау мен түрлендірудің, көміртегі шығарындыларын басқарудың, экологиялық оңалтудың және өнеркәсіптік қауіпсіздіктің тиімді шешімдерін әзірлеуде. Біздің ұзақ мерзімді міндетіміз Қазақстанды ғылыми зерттеулер мен «жасыл» технологиялар саласындағы әлемдік көшбасшы ретінде бекіту. Ол үшін CEAMS экономикалық өсуге, өмір сүру сапасын жақсартуға және таза, тұрақты болашақты қамтамасыз етуге ықпал ететін серпінді жаңалықтар мен олардың практикалық қосымшаларымен жұмыс істеуді жалғастыруда. Іргелі және қолданбалы ғылымда кемелдікке ұмтыла отырып, біз алдымызға Қазақстанның ғылыми ландшафтын өзгертіп қана қоймай, орнықты даму мен технологиялардағы жаһандық прогреске ықпал ету міндетін қоямыз.

ЭНЕРГИЯНЫ САҚТАУ ЖҮЙЕЛЕРІ ЗЕРТХАНАСЫ: АККУМУЛЯТОРЛАРДА ЭНЕРГИЯНЫ САҚТАУДЫҢ ЖЕТІЛДІРІЛГЕН ЖҮЙЕЛЕРІ

Қазақстан қарқынды экономикалық өсуді тұрақты дамумен теңестіруге ұмтыла отырып, ауқымды энергетикалық трансформацияны бастан кешуде. Ел күн мен жел энергиясының бай әлеуетін пайдаланған кезде, ең маңызды міндеттердің бірі энергияны сақтаудың тиімді және сенімді жүйелерін құру. Бұл міндетті шешу тұрақты энергиямен қамтамасыз ету және қазба энергия көздеріне тәуелділікті азайту үшін маңызды.

Астана ұлттық зертханасы жанындағы энергияны жинақтау жүйелері (ЭЖЖ) зертханасы энергияны жинақтау туралы ғылымды ілгерілетуде орталық рөл атқарады. ЭЖЖ зерттеушілері энергияны сақтау тиімділігін, электродтардың қауіпсіздігі мен беріктігін арттыратын литий-иондық технологиялар мен супер¬конденсатор жүйелеріне негізделген келесі буын батареяларын әзірлеумен айналысады. Мұндай инновациялар Қазақстанның неғұрлым таза энергетикалық модельге көшуін жеделдетуге ықпал етеді және жаңартылатын энергия көздері инфрақұрылымының сенімділігін нығайтады.

ЭЖЖ зертханасында зерттеудің ерекше перспективалы бағыттарының бірі Қазақстанның бай табиғи ресурстарын, атап айтқанда, сирек және сирек жер металдарының кен орындарын аккумуляторлар өндіру үшін пайдалану болып табылады. Жергілікті шикізатты пайдалана отырып, зертхана импортқа тәуелділікті азайтатын және ресурстарды пайдалану тиімділігін арттыратын тұрақты, аймақтық бейімделген энергияны сақтау технологияларын жасауға тырысады.

ЭЖЖ сонымен қатар дәстүрлі батареяларға қауіпсіз және экологиялық таза балама болып табылатын аккумуляторлық литий-ионды су батареяларын (RALB) дамытуда көшбасшы болып табылады. Аккумуляторлық литий-ионды су батареялары (RALB) коммерциялық литий-ионды батареялардың жоғары энергия сыйымдылығын су жүйесінің қауіпсіздігімен біріктіреді. Олар циклдің жоғары тұрақтылығына, өндірістің төмен құнына және қауіпсіздіктің тамаша көрсеткіштеріне ие, бұл оларды әсіресе электр желілерінде энергияны сақтау және өнеркәсіптік әрі тұрғын үй инфрақұрылымында резервтік қуат жүйелері сияқты ауқымды қолдану үшін қолайлы етеді [1].

Сонымен қатар, зертхана ықшам электроника мен микроаспаптарды қуаттандыру үшін микробатареялар технологиясын дамытады. Деректер толығымен қатты электродтар мен қатты электролиттерден тұратын миниатюралық жүйелер толық өлшемді қатты денелі аккумуляторлардың сұйық компоненттері жоқ литий-ионды батареялардың ізашарлары болып табылады. Мұндай қатты денелі аккумуляторлар дәстүрлі аналогтармен салыстырғанда қауіпсіздіктің жоғарылауын және қызмет ету мерзімін едәуір ұзартады [2].

Қазақстанның қатал қысы аккумуляторлардың жұмысы үшін тағы бір бірегей проблема болып табылады: теріс температурада дәстүрлі сақтау жүйелерінің тиімділігі айтарлықтай төмендейді. Бұл міндетті шешу үшін ЭЖЖ зертханасы тіпті өте суық жағдайда да жоғары өнімділікті сақтай алатын жетілдірілген электродтары бар төмен температуралы аккумуляторлық жүйелерді әзірледі [3,4] (1-суретті қараңыз). Мұндай технология Қазақстанның қол жеткізу қиын және дербес өңірлерінде энергияның тұрақты берілуін қамтамасыз ету үшін ерекше маңызды.

Тағы бір маңызды жетістік қайта өңделген пластикті аккумуляторлардың элементтеріне айналдыру болды бұл қоршаған ортаның ластануымен бір уақытта күресуге және тұрақты энергия көздерін дамытуға мүмкіндік беретін қадам. Циркулярлы экономиканың бұл тәсілі Қазақстанның жасыл технологияларға және ресурстарды жауапкершілікпен пайдалануға деген ұмтылысының артып келе жатқанын айқын көрсетеді.

ЭЖЖ зертханасы өзінің инновацияларын қорғау және коммерцияландыру үшін бірнеше ұлттық және халықаралық патенттерге ие.

Негізгі энергетикалық міндеттерді шеше отырып, жергілікті минералды ресурстарды пайдалана отырып және тұрақты технологиялар саласындағы инновацияларды ілгерілете отырып, Қазақстан төмен көміртекті болашаққа сенімді жол ашады. ЭЖЖ зертханасының жұмысы ұлттық энергетикалық қауіпсіздікті күшейтіп қана қоймай, сонымен қатар мақсатты зерттеулер болашақ ұрпақ үшін жасыл ауысуды қалай қолдайтынының жаһандық үлгісі болып табылады.

ЕСЕПТЕУ МАТЕРИАЛТАНУ ЗЕРТХАНАСЫ: ЕСЕПТЕУ МАТЕРИАЛТАНУ КӨМЕГІМЕН ҚАЗАҚСТАНДА ЖАСЫЛ ИННОВАЦИЯЛАРДЫ ДАМЫТУ

Қазақстан мен жалпы әлем неғұрлым экологиялық және тұрақты болашаққа бет бұрғандықтан, материалтану алып машиналар немесе футуристік инфрақұрылым арқылы емес, негіздерден бастап ең үздік материалдарды әзірлеуге көмектесетін цифрландыру және компьютерлік модельдеу арқылы маңызды, бірақ сонымен бірге байқалмайтын рөл атқарады. Есептеу материалтану зертханасы таза энергетика және қоршаған ортаны қорғау саласындағы технологиялардың дамуын жеделдету мақсатында материалдар мен процестерді атом деңгейінен жүйелік деңгейге дейін әр түрлі масштабта зерттеу үшін есептеу әдістерін қолданады.

Сынақ пен қателік әдісін ауыстыру үшін есептеу тәсілдері қолданылады (2-суретті қараңыз), бұл құрылым мен қасиеттер арасындағы қатынастарды уақыт пен ұзындықтың әр түрлі масштабтарында болжауға, ең перспективалы шешімдерді анықтауға және тікелей эксперименттік зерттеу мүмкін емес жасырын тетіктерді анықтауға мүмкіндік береді. Деректерді әр түрлі деңгейлерден біріктіру дамуды жылдамдатуға, шығындарды азайтуға және ресурстарды ұтымды бөлуге мүмкіндік береді. Төменде зертхананың есептеу зерттеулері Қазақстанның төмен көміртекті және ресурс үнемдеуші болашаққа көшуіне ықпал ететін төрт бағыт берілген.

Таза энергияға негізделген экономиканы қолдау мақсатында сутегінің жинақталуы: сутегі Қазақстанның таза энергия стратегиясының, әсіресе көлік пен өнеркәсіпті көміртексіздендіру үшін маңызды бөлігі болып табылады. Негізгі міндеттердің бірі сутегіні қауіпсіз, қайтымды және үнемді сақтай алатын материалдарды анықтау. Есептеу материалтану зертханасы әр түрлі материалдардың қосындыланған көміртекті наноқұрылымдардан [5] арзан қорытпаларға дейін байланысу энергиялары мен құрылымдық тұрақтылығын бағалау үшін тығыздықтың функционалдық теориясының (DFT) есептеулерін және молекулалық модельдеулерді қолданады. Мұндай зерттеулер сутегі технологиялары үшін тиімді және практикалық сақтау жүйелерін құруды қолдайтын атомдық деңгейде егжей-тегжейлі түсінік береді.

Ядролық жүйелерге арналған қыш материалдарға радиацияның әсері: кремний карбиді (SiC) беріктігі мен ыстыққа төзімділігі үшін бағаланатын заманауи ядролық реакторларда шешуші рөл атқарады. Алайда радиацияның әсері оның жылу тасымалдау қасиеттерін нашарлатуы мүмкін. Молекулалық динамика мен көп масштабты модельдеуді қолдана отырып, кеңейтілген ақаулардың мысалы, наноқұрылымды қабатты ақаулар мен интерфейстердің сәулеленген SiC-тегі ақаулардың рекомбинациясына және фонондардың шашырауына қалай әсер ететіндігі зерттеледі [6]. Нәтижелер келесі буын ядролық технологияларының экстремалды жағдайларына жақсы төтеп бере алатын радиацияға төзімді қыш материалдарды жасауға көмектеседі.

Ластанған топырақтар мен сулы қабаттарды тазартуға арналған экологиялық қауіпсіз сұйықтықтар: пайдалы қазбаларды өндіру мен мұнай өндіруден туындаған ластану Қазақстандағы негізгі экологиялық проблемалардың бірі болып табылады. Зерттеулер беттік белсенді заттар мен полимерлермен тұрақтандырылған газ-сұйықтық дисперсияларын топырақ пен сулы қабаттарды қалпына келтірудің перспективалық құралы ретінде қарастырады [7]. Молекулалық модельдеу мен ЖИ деректерін талдауды қолдана отырып, біз олардың фазалық шекарадағы мінез-құлқын, кеуекті материалдардағы тұрақтылық пен ағын динамикасын зерттейміз. Мұндай жүйелерді тотықтырғыштарды немесе қоректік заттарды ластанған жерлерге минималды экологиялық залалмен жеткізуге бейімдеуге болады.

CO2 және тұрақты ауыл шаруашылығын ұстау үшін биокөмірді пайдалану: ауылшаруашылық қалдықтарын пиролиздеу арқылы алынған биокөмір көмірқышқыл газын ұстап қана қоймайды, сонымен қатар топырақтың физика-химиялық қасиеттерін жақсартады. Тығыздықтың функционалды теориясы (DFT) және көп масштабты модельдеу әдістерінің көмегімен біз беттік химияның, қосындыланған қоспалардың және кеуекті құрылымның CO2 адсорбциясына [8] әсерін және оның топырақ минералдарымен өзара әрекеттесуін талдаймыз. Біздің зерттеуіміз көміртекті ұзақ уақыт сақтауға және топырақ сапасын арттыруға арналған көпфункционалды биокөмірді құруға үлес қосады, бұл климаттың өзгеруінің салдарын жұмсартуды да, Қазақстанда әсіресе тұзды және тозған топырақтарда жерді қалпына келтіруді де қолдайды.

Есептеу материалтану зертханасының жұмысы сутегі мен радиацияға төзімді керамиканы сақтаудан бастап көпфункционалды биокөмір мен экологиялық таза ремедиациялық сұйықтықтарға дейін көп масштабты модельдеу нақты тәжірибеде тұрақты инновацияларды енгізуге қалай ықпал ететінін көрсетеді. Кванттықтан континуалдыға дейінгі масштабты қамтитын есептеу әдістерінің интеграциясы жоғары дәлдік пен тиімділікпен озық материалдар мен жүйелерді дамытуға мүмкіндік береді. Қазақстан неғұрлым жасыл болашаққа бет бұрған сайын, есептеуіш модельдеуге негізделген ғылым атомдардан жүйелерге дейін неғұрлым таза және ақылды технологияларды құрудың кілті болып қала беретініне сенімдіміз.

ОЗЫҚ СЕНСОРЛАР ЗЕРТХАНАСЫ: НЕҒҰРЛЫМ ЭКОЛОГИЯЛЫҚ ТАЗА ҚАЗАҚСТАН ЖОЛЫНДА: ТАЗА АУА МЕН ҚАУІПСІЗ ӨНЕРКӘСІПКЕ АРНАЛҒАН ОЗЫҚ ГАЗ ДАТЧИКТЕРІ. Қазақстанның тұрақты даму мен қоршаған ортаны қорғауға бейілділігін тереңдете отырып, өнеркәсіптік шығарындылар мен ауа сапасы мәселелерін шешудің маңыздылығы ерекше өзекті болып отыр. Тау-кен, мұнай және газ секторларының қарқынды кеңеюін, сондай-ақ урбанизацияның өсуін ескере отырып, газдарды дәл және жедел анықтау қажеттілігі бұрынғыдан да өзекті болып отыр. Астана ұлттық зертханасының озық сенсорлар зертханасында біздің мақсатымыз таза, сау және қауіпсіз қоршаған ортаны құруға ықпал ететін газ датчиктерінің инновациялық технологияларын әзірлеу.

Газ датчиктері кішкентай және көрінбейтін болуы мүмкін, бірақ олардың әсері үлкен масштабты қамтиды. Олар қазіргі қоғамның көрінбейтін қамқоршылары ретінде қызмет етеді, улы шығарындыларды бақылайды, өндірістік апаттардың алдын алады және ақылды энергетикалық жүйелердің жұмысын қамтамасыз етеді. Зертхананың жұмысы қоршаған ортаны бақылаудан өнеркәсіптік қауіпсіздікке және энергетикалық жүйелерді оңтайландыруға дейінгі салаларда қолдану үшін сезімталдық, селективтілік және сенсорлық интеграция шекарасын кеңейту сияқты маңызды функцияға негізделген.

Энергетика секторының, әсіресе тау-кен, мұнай және газ салаларының қарқынды өсуі азот тотығы (NOx) және көмірқышқыл газы (CO2) сияқты зиянды газдар шығарындыларының айтарлықтай өсуіне әкелді. Бұл газдар ауа сапасын нашарлатып қана қоймай, сонымен қатар климаттың өзгеруін тездетеді, халықтың денсаулығына қауіп төндіреді және өнеркәсіптік жағдайда қауіпсіздікке қауіп төндіреді.

•             Мысалы, NOx газы жер бетіне жақын озонның (түтін), қышқыл жаңбырдың және жұқа бөлшектердің түзілуіне ықпал етеді. Бұл ластаушы заттар бронхит және эмфизема сияқты респираторлық ауруларды тудырады, сонымен қатар ормандарға, дақылдарға және су жүйелеріне зиян келтіреді.

•             CO2, негізгі парниктік газ, жаһандық жылынудың негізгі факторы болып табылады. Алайда, азот тотығы (N2O) сияқты аз белгілі газдар әлдеқайда күшті және бірдей кең таралған, бұл оларды дәл анықтаудың шұғыл қажеттілігін көрсетеді.

ҚАУІПСІЗ ЖӘНЕ ОЙЛАСТЫРЫЛҒАН БОЛАШАҚ ҮШІН ИННОВАЦИЯ

Озық сенсорлар зертханасының миссиясы қауіпті және жарылғыш газдарды нақты уақыт режимінде анықтауға қабілетті жоғары сезімтал, таңдамалы және портативті газ датчиктерін жасау. Бұл датчиктер қоршаған ортаны бақылау үшін ғана емес, сонымен қатар қауіпті жұмыс жағдайында өндірістік апаттардың алдын алу үшін де маңызды.

Біздің команда келесі бағыттарда айтарлықтай жетістіктерге жетті:

•             Тау-кен және мұнай өнеркәсібінің экстремалды жағдайларына бейімделген миниатюралық газ датчиктері;

•             Кіріктірілген энергияны жинақтау жүйелері бар дербес қуат датчиктері.

•             Озық наноматериалдар, оның ішінде H2S, NO2 және CO сияқты газдарға сезімталдықты арттыратын ZnO қосындыланған құрылымдары.

Магнетронды бүрку және «күль-гель» әдісі сияқты жаңа және жетілдірілген өндіріс технологиялары арқылы біз олардың морфологиясын, бетін және газдардың адсорбция қабілетін оңтайландыру арқылы материалдарды датчиктерге бейімдейміз. Нақты әлемдегі тестілеу әр түрлі жұмыс жағдайларында газ нәтижелерді көрсетеді.

ҒЫЛЫМИ ӘЗІРЛЕМЕЛЕРДЕН ШЫНАЙЫ ӘЛЕМГЕ: ТҰРАҚТЫ ЭКОНОМИКА ҮШІН ЖАСЫЛ ТЕХНОЛОГИЯЛАР

Бұл сенсорлық технологиялар тек ғылыми ізденістердің нысаны ғана емес, сонымен қатар жасыл ауысудың белсенді қатысушылары болып табылады. Жаңартылатын энергия жүйелеріне, ақылды ғимараттарға және өнеркәсіптік қауіпсіздік желілеріне кіріктірілген датчиктеріміз энергияны тұтынуды оңтайландыруға және шығарындыларды нақты уақыт режимінде бақылауға көмектеседі.

Ағып кетуді анықтау, ауа сапасын өлшеу және қауіпсіздік шараларын автоматты түрде іске қосу қабілетімен біздің әзірлемелеріміз ұлттық көзқарасты жүзеге асыруға ықпал етеді:

• Қалалар мен өндірістік аудандардағы таза ауа

• Энергетика және өндіруші секторлар кәсіпорындарындағы қауіпсіз еңбек жағдайлары

• Экологиялық нормалардың сақталуын қатаң бақылау

• Сын-тегеуріндерге төзімді және экологияға бағытталған электр энергетикасы

Тұрақты дамуға жалпы міндеттеме

Қазақстан жаңартылатын энергия көздерінің үлесін ұлғайтып, экологиялық бағдарланған дамуды ілгерілете отырып, ғылым, өнеркәсіп және мемлекет арасындағы ынтымақтастық негізгі мәнге ие болады. Назарбаев Университетінде озық сенсорлар зертханасы (ASL) жергілікті және халықаралық ұйымдармен серіктестікте жұмыс істейді, өмірді қорғау, қоршаған ортаға әсерді азайту және көміртекті бейтарап болашаққа қарай қозғалу үшін сенсорлық технологияларды іс жүзінде енгізеді.

ЭКОЛОГИЯЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕР ЗЕРТХАНАСЫ: ЖОҒАРЫ ЭНЕРГЕТИКАЛЫҚ ТИІМДІЛІГІ БАР ТҰРАҚТЫ ДАМУ 

Астана ұлттық зертханасының экологиялық жүйелер зертханасы Қазақстан үшін де, әлемдік қоғамдастық үшін де өзекті сын-тегеуріндерге жауап бере отырып, қоршаған орта мен энергетика саласындағы тұрақты даму мәселелерімен айналысады.

Зерттеудің негізгі бағыттары:

1.           Су/сарқынды суларды тұрақты тазарту және экологиялық катализ:

• Қоршаған ортаға аз әсер ететін ластаушы заттарды тиімді жою үшін озық технологияларды әзірлеу.

• Металл-органикалық қаңқалар (МОҚ), цеолит тәрізді имидазолатты қаңқалар (ЦИҚ) және цеолиттер сияқты кеуекті материалдарға негізделген жаңа биметалл катализаторларын синтездеу және оңтайландыру.

• Hg(II) және Cr(VI) сияқты ауыр металдарды, сондай-ақ аниондарды, соның ішінде нитраттарды (NO3~) және броматтарды (ВгОз~) тиімді жою.

2.           CO2 түрлендіру және тұту

•             Парниктік газдар шығарындыларын азайту үшін CO2 түрлендіру және тұту технологияларын зерттеу.

•             Қазақстанда көміртекті тұту, пайдалану және сақтау (CCS) стратегияларының тиімділігін бағалау үшін геохимия, электрхимия және модельдеуді қамтитын пәнаралық тәсілдер.

•             Сенімді өмірлік циклді бағалау хаттамаларын (LCA) әзірлеу және сутегі өндірісінің ресурстық әлеуетін бағалау.

3.           Экологиялық тәуекелдер мен өмірлік циклдерді бағалау:

•             Қазақстанда инфрақұрылыммен және ластанумен байланысты экологиялық тәуекелдер мен өмірлік циклдерді кешенді бағалау.

•             Қалалық су инфрақұрылымынан көміртегі шығарындыларын анықтау және су мен топырақтың ластануының әсерін бағалау үшін LCA және адам денсаулығына қауіп-қатерді стохастикалық бағалауды қоса алғанда, әдістерді қолдану.

•             Экологиялық нормаларды әзірлеу және қолданыстағы регламенттерді жақсарту үшін ұсынымдар беру.

ҒЫЛЫМИ ЗЕРТТЕУЛЕРДІҢ СОҢҒЫ НӘТИЖЕЛЕРІ:

•             Қазақстанда көміртекті тұту және сақтау орталықтарын (CCS) әзірлеу:

•             Қазақстанда парниктік газдар шығарындыларын азайту мақсатында көміртекті тұту және сақтау орталықтарын (CCS) құруға арналған International Journal of Greenhouse Gas Control журналында жарияланған (2024 жылғы қазанда) зерттеу (6-сурет) [9].

• Жаңа PD-cu-BTC және Co/NC катализаторларының көмегімен сулы ерітілген Hg(II) қалпына келтіріп жоюды жақсарту:

• Chemical Engineering Journal журналында жарияланған (2024 жылғы маусымда) [10] зерттеу су көздерінен сынапты тиімді жою үшін жаңа катализаторды әзірлеуге арналған.

• ACS ES&T Engineering журналында жарияланған (2025 жылғы қаңтарда) зерттеу [11] Co/NC көмегімен сулы ерітінділерден HG(II) жойылған кезде катализаторды қалпына келтірудің жаңа әдісін зерттейді.

• Сулы ерітінділердегі нитраттарды тотықсыздандыру кезінде биметалл катализаторының реактивтілігі мен селективтілігіне карбондалған зеолиттік имидазолат жақтауы-67 (ZIF-67) әсері

• Chemosphere журналында (2024 жылғы маусымда) жарияланған [12] мақалада тасымалдаушы ретінде карбондалған ZIF-67 нитратты қалпына келтіру процестерінде биметалл катализаторларының тиімділігіне қалай әсер ететіні зерттелген.

• Қалалық сарқынды сулардың микропластикалық ластануы және оның қоршаған ортаға әсері.

• Marine Pollution Bulletin журналында жарияланған (2024 жылғы маусымда) зерттеу [13] сарқынды суларды тазартудың әр түрлі процестерінде микропластиктердің концентрациясы және оны жою туралы нәтижелерді ұсынады.

• Science of the Total Environment журналында (2025 жылғы қаңтарда) жарияланған мақалада [14] ғалымдардың Есіл өзеніне микропластиктері бар сарқынды сулардың әсеріне қатысты жүргізген зерттеулері сипатталған.

Осы зерттеулер барысында экологиялық жүйелер зертханасы қоршаған ортаның тұрақтылығына және жасыл технологияларды ілгерілетуге елеулі үлес қосуға ниетті.

ЖАҢАРТЫЛАТЫН ЭНЕРГИЯ ЗЕРТХАНАСЫ: ЖАСЫЛ ЭНЕРГЕТИКА ЖОЛЫНДА

Жаңартылатын энергия зертханасы күн энергиясына сезімтал жаңа материалдар мен көп функциялы шешімдерді әзірлеуге арналған алдыңғы қатарлы зерттеу мекемесі. Зертхана күн элементтері, күн отындары, сутегі өндірісі, оны сақтау, сутегі датчиктері, сондай-ақ жаңартылатын ресурстардан бағалы химиялық заттар, соның ішінде дәрі-дәрмек өндірісі сияқты әр түрлі салалардағы негізгі және қолданбалы міндеттерді шешеді.

Жаңартылатын энергетика зертханасы Назарбаев Университеті жанындағы Астана ұлттық зертханасының жетекші ғылыми бөлімшелерінің бірі болып табылады. Қазақстан экономиканы әртараптандыру және көміртегі шығарындыларын азайту мақсатында жаңартылатын энергия көздерін белсенді дамытуда. Ел 2050 жылға қарай жасыл энергияның 60%-на жету өршіл міндетін қойды. Таза энергетикалық инвестициялар энергетикалық қауіпсіздікті қамтамасыз етуде, тұрақты өсуді ынталандыруда және болашақ ұрпақ үшін сау ортаны құруда шешуші рөл атқарады.

Қазақстан Республикасының Президенті Қасым-Жомарт Тоқаев: «Жаңартылатын энергия көздерін дамыту Қазақстанның тұрақты болашағы үшін басты басымдық,» деп атап өтті. Энергетикалық қауіпсіздікті, экономиканың тұрақтылығын және табиғатты қорғауды қамтамасыз ету үшін біздің табиғи ресурстарымызды пайдалану қажет.

Осы мақсатты жүзеге асыру шеңберінде жаңартылатын энергия зертханасы (NLA) тұрақты энергия көздеріне көшуді жеделдету үшін заманауи жаңартылатын энергия зерттеу орталықтарын құруда жетекші рөл атқарды. Бұл озық ғылыми орталықтар Қазақстанның бай табиғи ресурстарын тиімді пайдалана отырып, күн және жел энергетикасы, сондай-ақ энергия жинақтау технологиялары саласындағы зерттеулерге шоғырланған.

Зерттеудің негізгі бағыттары:

Жаңа буынды фотоэлектрлік технологияларды әзірлеу тобы:

Жаңа буынды фотоэлектрлік технологиялар тобы жаңартылатын энергия көзі ретінде пайдаланылатын жоғары тиімді, тұрақты және арзан күн батареялары мен құрылғыларын әзірлеумен айналысады. Зерттеудің негізгі мақсаты бояумен сезімталданған, перовскит және полимерлі күн элементтерін қоса алғанда, үшінші буын күн элементтерін әзірлеу. Жұмыс инженерлік шешімдер, сондай-ақ арзан материалдар мен компоненттерді қолдану арқылы энергияны түрлендірудің тұрақтылығы мен тиімділігін арттыруға бағытталған.

Бүгінгі күнге дейін зерттеу тобы бояумен сезімталданған күн элементтері үшін жоғары тиімді және экономикалық тұрғыдан қолжетімді электродқа қарсы материалдарды, сондай-ақ жарық сіңіретін бояғыштарды әзірледі. Бұл әзірлемелердің нәтижелері Surfaces and Interfaces, Dyes and Pigments, ACS Applied Energy Materials және Chemical Communications сияқты жетекші ғылыми журналдарда жарияланды.

Жақында команда бояумен сезімталданған күн элементтерінің тұрақтылығын арттыруда әсерлі нәтижеге қол жеткізді. Сұйық электролитке металл-органикалық қаңқаны енгізу арқылы құрылғының тұрақтылығын едәуір жақсартуға мүмкіндік туды. Бұған қоса, МОҚ (металл-органикалық қаңқа) негізіндегі электролитпен және стандартты N719 бояуымен сезімталданған күн элементі LED шамының астында 6000 люкс бөлме жарығында 27,6% рекордтық тиімділікті көрсетті. Нәтижелер беделді Nature Scientific Reports журналында жарияланды.

Сутегі өндіру тобы:

Фотокаталитикалық суды ыдырату әдісімен күн сәулесінен басталатын сутегі өндірісіне қатысты жобаның негізгі ерекшеліктері мен мақсаттары жоғарыдағы суретте жаңа материалдарға, есептеу модельдеуіне және пилоттық іске асыруға баса назар аударылған. Ең алдымен, фотокаталитикалық материалдардың мінез-құлқын жобалау және модельдеу үшін заманауи есептеу құралдары, атап айтқанда тығыздық функционалдығы теориясы және машиналық оқыту қолданылады. Бұл материалдардың құрылымын, олардың жарықты сіңіру қабілетін және зарядты бөлу тиімділігін жақсартуға мүмкіндік береді бұл параметрлердің барлығы суды фотокаталитикалық ыдырату процесінің тиімділігін арттыру үшін өте маңызды. Әрі қарай, орталық бөлімде зертханалық тәжірибелер ұсынылған, олардың барысында синтезделген фотокаталитикалық материалдар допинг, бірлескен катализаторларды қолдану және қорғаныс қабаттарын қолдану сияқты енгізілген өзгерістерден кейін олардың өнімділігін тексеру мақсатында бақыланатын жағдайларда сынақтан өтеді. Communications Materials журналында жарияланған соңғы зерттеуіміз (doi.org/10.1038/s43246-02400574-5) фотоактивті материалдардың жарық сіңіру қасиеттерін жақсарту үшін фотонды жобалау мен фотоэлектродтық жүйелерді оңтайландырудың маңыздылығын атап көрсетеді. Біздің жұмысымыздың негізгі идеясы мен жаңалығы бүкіл күн спектрін пайдалану болып табылады, бұл апконверсия құрылғысын енгізу арқылы мүмкін болады.

Соңғы кезең материалдарды модельдеу мен зертханалық тәжірибелерден алынған білімді ауқымды өндіріске жеткізеді. Мұндай жүйелерді жобалау үшін процестерді модельдеу бағдарламалық қамтамасыз етуі қолданылады (мысалы, Aspen Plus), бұл жүйелерді оңай масштабтауға және олардың өміршеңдігін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді. 7-сурет жаңартылатын энергия көздерінен алынған сутегі технологияларын жетілдіру үшін интеграцияланған цикл түріндегі теориядан практикаға дейінгі жолдың жалпы сипаттамасы болып табылады.

Сутегіні сақтаумен айланысатын команда оны сақтауға арналған қатты материалдарды зерттеуге шоғырланған, соның ішінде:

• Сутегіні сақтау тиімділігін арттыру үшін инновациялық материалдар мен композиттерді әзірлеу.

•             Сутегіні сақтау тиімділігін арттыру үшін биомассадан алынған белсендірілген көмірді пайдалану.

•             MOF-177 және MOF-210 сияқты жоғары беттік ауданы бар МОҚ синтезі және оңтайландыру, сондай-ақ сутегі адсорбциясын жақсарту үшін олардың композиттері.

•             Сутегіні қайтымды сақтау үшін TiFe қорытпасы мен аланаттарды қоса алғанда, биметалл цеолит тәрізді имидазолат қаңқалары мен металл гидридтерін жобалау.

Бұл зерттеу тобының негізгі жетістіктері бір патентті қарастыруды қамтиды. Бұған қоса, сутегіі сақтау тобы тағы бір патент пен бірнеше ғылыми мақалалар дайындауда. Бұл нәтижелер Q1 журналдарында жариялауға жарамды, дегенмен, команда одан да үлкен импакт-факторы бар журналдарды нысанаға алуға тырысады.

Биомассаны зерттеу тобы

Биомассаны зерттеу тобы ауылшаруашылық биомассасын жоғары құнды өнімдерге, соның ішінде белсенді фармацевтикалық ингредиенттерге (БФИ), биологиялық ыдырайтын полимерлерге және биоотынға тұрақты түрлендіруге бағытталған. Қазақстанның жаңартылатын ресурстарын пайдалана отырып, команда дәстүрлі, микротолқынды және ағынды химиялық тәсілдерді қолдана отырып, тиімді және масштабталатын син¬тез әдістерін әзірлейді. Зерттеулер сонымен қатар катализаторларды оңтайландыруды, жоғары өнімді өнімдерді синтездеуді және процестерді біріктіруді қамтиды. Экологиялық және экономикалық өміршеңдікті қамтамасыз ету үшін өмірлік циклге талдау және техникалық-экономикалық бағалау жүргізіледі.

Топтың зерттеулері Chemical Engineering Journal және Scientific Reports сияқты жетекші журналдарда жарияланды. Биомассаны қайта өңдеу әдісі үшін пайдалы модельге патент қарау сатысында.