Соңғы онжылдықта қазіргі әлем энергияны өндіру, бөлу және тұтыну тәсілдерінде түбегейлі өзгерістерге ұшырады. Жаңартылатын энергия көздеріне (ЖЭК) қызығушылықтың артуы экологиялық күн тәртібінен әлдеқашан асып түсті. Сонымен қатар, бүгінгі таңда ЖЭК дамыту экономиканың тұрақты дамуы үшін стратегиялық қажеттілік болып табылады.

Жаңартылатын энергия көздері жөніндегі халықаралық агенттіктің (IRENA) есебіне сәйкес, соңғы онжылдықта жаңартылатын энергетика саласындағы жұмыс орындарының саны тұрақты өсім көрсетті, бұл 2012 жылғы ~7 миллионнан 2022 жылға қарай 13,7 миллионға дейін екі есеге өсті. Бұл өсім бүкіл әлем бойынша күн, жел, гидроэнергетика және биоэнергетиканың белсенді дамуына, сондай-ақ жеткізу тізбегінің, өндірістік қуаттардың және ЖЭК объектілерін салу және пайдалану жөніндегі жобалардың кеңеюіне байланысты.

Жұмыс орындарын құруға негізгі үлесті күн және биоэнергетика қосады. Атап айтқанда, IRENA болжамы бойынша ЖЭК саласындағы барлық жұмыс орындарының 60%-дан астамы біздің өңірде пайда болады. Бұл деректер әлемдік экономиканы көміртексіздендіру үшін ЖЭК маңыздылығын ғана емес, сонымен қатар олардың жаңа жұмыс орындарын құрудағы, «жасыл» кәсіптерді дамытудағы және тұрақты экономикалық өсуді ынталандырудағы шешуші рөлін көрсетеді.

Қазақстан жер көлемі бойынша әлемде 9-орында және күн мен жел генерациясының, сондай-ақ басқа да жасыл энергия көздерінің әсерлі әлеуетіне ие бола отырып, көміртегі ізін, энергетикалық тәуелсіздікті төмендетуге және бәсекеге қабілетті «жасыл» өнеркәсіп құруға ұмтылады. Дегенмен, осы міндеттердің ешқайсысын жаңа буынның білікті кадрларын жүйелі түрде дайындаусыз жүзеге асыру мүмкін емес.

Қазақстан-Британ техникалық университеті (ҚБТУ) еліміздің жетекші инженерлік-техникалық жоғары оқу орны ретінде ЖЭК саласында мамандар даярлауға бағытталған ғылыми-білім беру жүйесін дәйекті түрде құруда. Бұл үдерісте бакалавриат, магистратура және PhD докторантура студенттері үшін ғылыми және эксперименттік база болып табылатын Материалтану және жасыл технологиялар мектебі (МжЖТМ) маңызды рөл атқарады.

Материалтану және жасыл технологиялар мектебі (МжЖТМ) 2022 жылдың 01 тамызында Қазақстан-Британ техникалық университетінде баламалы энергетика және «Материалтану және коррозия проблемалары» нанотехнология ғылыми-білім беру орталықтары негізінде құрылды. Қазіргі уақытта МжЖТМ өз міндеттерін орындау кезінде Баламалы энергетика және нанотехнология зертханасының (БЭжНЗ) және Перспективалы материалдар мен технологиялар зертханасының (ПМжТЗ) ғылыми әлеуетін кеңінен пайдаланады. Мектептің негізгі бағыты - нанотехнология, материалтану және жаңартылатын энергетика саласындағы заманауи міндеттерді шеше алатын мамандарды даярлау.

МжЖТМ-де оқытылатын оқу курстары пәнаралық тәсілге бағытталған. Бакалавриат, магистратура және PhD бағдарламалары инженерлік-физикалық негіздерді де, заманауи цифрлық модельдеу, талдау және оңтайландыру құралдарын да қамтиды. Тұрақты даму, энергетикалық жүйелердің өмірлік циклі, сондай-ақ көміртексіздендіру саясатына көп көңіл бөлінеді.

МжЖТМ басты ерекшелігі - зерттеу арқылы оқыту. Алғашқы курстардан бастап студенттер профессорлар мен оқытушылардың жетекшілігімен нақты ғылыми жобаларға қатысады, зертханалық тәжірибелер жүргізеді, мақалалар мен баяндамалар дайындауға қатысады. Әр оқу жылы энергетикалық қондырғылармен, ЖЭК материалдарымен немесе экологиялық технологиялармен байланысты жобалық жұмыстарды қорғаумен аяқталады. МжЖТМ өндірістік серіктестермен және халықаралық университеттермен тығыз байланыста, бұл студенттерге шетелде тағылымдамадан өтуге, бірлескен ғылыми бастамаларға қатысуға және жаһандық ғылыми қоғамдастықтың бір бөлігі болуға мүмкіндік береді.

Болашақтың инженерлік ойлауын қалыптастыру ерекше білім беру ортасын қажет етеді. МжЖТМ-де теория мен практика арасындағы үздіксіз байланысты қамтамасыз ететін заманауи зертханалар мен эксперименттік қондырғылар белсенді қолданылады. Мұнда жаңа білім ғана емес, сонымен қатар оны нақты әлемде қолдану мүмкіндігі де туады.

«Зерттеу арқылы оқыту» жүйесінің негізгі буындарының бірі баламалы энергетика және нанотехнология зертханасы болып табылады. Зертхана Қазақстан-Британ техникалық университетінде 2011 жылғы 2 мамырда профессор Қ.Х. Нүсіповтің басшылығымен күн және жел энергетикасы саласындағы озық әзірлемелерді, сондай-ақ функционалды наноматериалдарды жүзеге асыруға арналған зерттеу платформасы ретінде құрылды. Бүгінде зертхана тек ғылыми база ғана емес, сонымен қатар инженерлік практиканың нақты мектебі ретінде қызмет етеді.

Зертханадағы зерттеулер бірегей жел қондырғыларын жобалаудан бастап көп функциялы нано жабындарды жасауға дейінгі көптеген бағыттарды қамтиды.

Зертхананың негізгі бағыттарының бірі - әр түрлі архитектурасы бар күн батареяларын жасау және оларды кейіннен күн панеліне жинау. Зертханада кремний күн панельдерін өндіруге арналған жабдықтардың толық циклі бар. Сонымен қатар, соңғы жылдары зертхана қызметкерлері Назарбаев Университетінің зерттеушілерімен бірлесіп қазіргі заманғы фотоэлектриканың ең перспективалы бағыттарының бірі - Si/перовскит тандемді күн батареяларын құру бойынша белсенді жұмыс істей бастады. ҚБТУ мен Назарбаев Университеті арасындағы бұл ынтымақтастық ғылыми зерттеулер мен инновациялық технологиялардың интеграциясына ықпал етеді, сондай-ақ Қазақстанда күн энергетикасын дамыту саласындағы жоғары оқу орындары арасындағы байланыстарды күшейтеді.

Тандемдік күн батареяларының жұмыс қағидаты екі фотосезімтал қабаттың тізбектей қосылуына негізделген, олардың әрқайсысы спектрдің белгілі бір бөлігінде жарықты тиімді сіңіреді. Дәстүрлі кремний күн массивінде жоғары энергиялы (көк және ультракүлгін) фотондардың едәуір бөлігі жылу ретінде жоғалады, өйткені кремний негізінен спектрдің инфрақызыл және көрінетін бөлігінде тиімді жұмыс істейді. Перовскиттер тыйым салынған аймақтың енін дәл баптау мүмкіндігінің арқасында қысқа толқынды (жоғары энергетикалық) сәулеленуді тиімді түсіре алады.

Демек, тандемдік архитектурада перовскиттің жоғарғы қабаты жоғары энергиялы фотондарды, ал төменгі кристалды кремний қабаты жоғарғы ұяшық арқылы өтетін төмен энергиялы фотондарды сіңіреді. Бұл кванттық тиімділікті едәуір арттыруға және күн спектрін барынша пайдалануға мүмкіндік береді, конверсияның потенциалды тиімділігіне 35%-дан асады, бұл дәстүрлі кремний элементтерінің теориялық шегінен артық (~29-30%). Осы және басқа да міндеттерді шешуге зертхана басшысы А.Т. Сұлтановтың PhD диссертациясы, сондай-ақ жас ғалымдар мен студенттердің бірқатар магистрлік диссертациялары мен дипломдық жұмыстары арналған.

Осылайша, оқытушылар, жоғары білікті мамандар мен студенттер фотоэлектрикадағы ең озық технологияларды әзірлеуге және жетілдіруге бірлесіп қатысады. Дегенмен, зертхананың қызметі тек теориялық немесе эксперименттік зерттеулермен шектелмейді. Жұмыс істеп тұрған күн электр станцияларына қызмет көрсету мен мониторингке қатысуды қамтитын студенттерді тәжірибеге бағытталған оқыту басымдықтардың бірі болып табылады. Бұл жас мамандарға алған білімдерін тәжірибеде бекітіп қана қоймай, энергетикалық инфрақұрылымның нақты объектілерімен жұмыс істеудің құнды тәжірибесін алуға мүмкіндік береді.

Осылайша, баламалы энергетика және нанотехнология зертханасы жаңартылатын энергетика саласындағы инновациялық әзірлемелер жаңа буынның инженерлік кадрларын дайындаумен ұштастырылатын бірегей ғылыми-білім беру кеңістігін білдіреді. Ғылымның, практиканың және оқытудың тығыз интеграциясының арқасында зертхана тұрақты энергетикалық технологияларды дамытуда және ғылыми әлеуетті қалыптастыруда маңызды рөл атқарады.

«Жасыл» энергетикаға көшу - бұл инфрақұрылым мәселесі ғана емес, ең алдымен, кадрларды даярлау мәселесі. Тұрақты дамудың ғылыми және инженерлік негіздерін қалау арқылы болашақ экономиканың зияткерлік негізін қалыптастыратын - дәл осы университеттер.

Материалтану және жасыл технологиялар мектебі ғылыми зертханалармен бірлесіп, ҚБТУ-де білім, ғылым және инновацияны біріктіретін осы жүйенің маңызды элементтері болып табылады. Жаһандық сын-тегеуріндер мен климаттық белгісіздік жағдайында болашақ инженерлері - адамзатқа энергияның не үшін қажет екенін біліп қана қоймай, оны жасыл технологияны қолдана отырып, жалпыға бірдей игілік үшін қалай жасау керектігін білетін мамандар - осында тәрбиеленеді.