Новости науки: светящиеся дома, опилки вместо угля, самый большой вентилятор для шахт и доказательство зависимости здоровья от чистоты воздуха

Новости прикладной науки

Материал с люминофорами для строительства

Ученые из Института теоретической и прикладной механики (ИТПМ) имени С. А. Христиановича СО РАН создали композитный материал с люминофорами - веществами, которые способны преобразовывать поглощенную энергию в световое излучение: такой композит может найти применение в качестве самостоятельного материала для строительства и промышленности, в качестве энергосберегающего уличного освещения, а еще его можно использовать для диагностики деформаций строений и конструкций, передает издание СО РАН «Наука в Сибири».

По словам ученых ИТПМ СО РАН, созданный ими композит с люминофорами в качестве датчиков сможет решать проблему диагностики состояния конструкций как на поверхности, так и внутри зданий, мостов, балок или в местах сварки трубопроводов: светящиеся датчики будут фиксировать зарождающиеся трещины и деформации.

В дальнейшем изобретатели планируют провести еще несколько экспериментов, изучая прочность композита и интенсивность свечения люминофоров при разных нагрузках.

Чем ученые пробуют заменить угольное топливо

Учёные Сибирского федерального университета (СФУ) изучили отходы перерабатывающих предприятий – опилки, хвою, и кору лиственницы и берёзы, а также гидролизный лигнин и сухие остатки сточных вод (ил). Сравнив горение этих материалов и двух видов угля, исследователи заявили о высоком потенциале био-отходов для сжигания и отопления.

«Вовлечение биомассы в теплоэнергетическую отрасль может положительно повлиять на снижение потребления угля, снизить образование вредных газообразных продуктов сгорания, выбросы CO2, и помочь утилизировать промышленные отходы», – считают исследователи, следующим этапом работы которых будет изучение термической обработки отходов биомассы с целью получения эффективных и экологичных твердых топливных материалов.

Коллеги по институту – научные сотрудники лаборатории биотопливных композиций Института нефти и газа СФУ уже даже сконструировали установку для изготовления и анализа различных видов биотоплива – из отходов лесообрабатывающей промышленности и корчевания земельных угодий, из хвои и шишек, из отработанных технических и пищевых масел, отходов сельскохозяйственного комплекса.

Самый большой в мире подземный вентилятор

Ученые Уральского государственного горного университета (УГГУ) и конструкторы Артемовского машиностроительного завода «Вентпром» проектируют самый большой в мире подземный вентилятор, который сможет эффективно проветривать рудники, глубина которых превышает 1 км: по предварительным оценкам, диаметр подземного вентилятора превысит 100 м, за секунду он будет перегонять около 6 тыс. куб. м воздуха.

«Шахтные вентиляторы устанавливаются, как правило, на поверхности земли. Это большие агрегаты, которые за секунду пропускают объемы воздуха, сопоставимые с размерами стадиона. Но сегодня их недостаточно: шахты уходят под землю до 1300-1700 км и более. На одном из рудников в Норильске, например, добыча ведется на глубине почти 2 км. В таких условиях полностью обеспечить подземную выработку очищенным от вредных газов воздухом очень трудно», – рассказывает директор Высшей школы горных инженеров УГГУ Вадим Минин.

По новой концепции предлагается размещать вентилятор прямо в шахте, на максимальной глубине. Технология востребована на крупнейших горнодобывающих предприятиях России и Беларуси, которые ведут добычу на больших глубинах, и будет готова к тиражированию и эксплуатации в следующем году.

Математическая модель зависимости заболеваний населения от загрязняющих веществ, выделяемых производствами

Ученые Пермского Политеха выявили прямую зависимость заболеваний населения хроническими болезнями органов дыхания от веса в атмосфере загрязняющих веществ, выделяемых объектами производства. Разработанный авторский метод позволяет математически оценить эту зависимость для любого российского промышленного города. Предлагаемый подход учитывает общий и классифицированный уровень первичной заболеваемости, коэффициент смертности и показатели структуры промышленных выбросов.

Исследование проводилось на примере одного из самых индустриальных городов страны, доля промышленности которого составляет свыше 60% (входит в топ-10 промышленных городов). Совокупные объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от промышленных объектов там превышают 50 тыс. тонн в год. Специалисты ПНИПУ для достоверности оценки использовали статистику хронических болезней органов дыхания населения города и показатели удельного веса выбросов, которые производятся промышленными предприятиями (азот диоксид, углерод оксид, сера диоксид). На их основе рассчитывали уравнения регрессии, позволяющие наглядно демонстрировать их взаимосвязь.

«Взаимозависимость экологических рисков и здоровья населения мы выявляли в пределах пятилетнего периода. В целом по России уровень первичной заболеваемости растет с каждым годом. Особую озабоченность вызывают болезни органов дыхания, уровень которых вырос на 21%. Среди других недугов они занимают наибольший удельный вес – 35%, – поясняет доктор экономических наук, заведующая кафедрой государственного управления и истории ПНИПУ Наталья Паздникова. – Расчеты показали высокий уровень зависимости показателей заболеваемости и выбросов. Увеличение удельного веса веществ в пробах атмосферного воздуха хотя бы на 1% приводит к повышению заболеваемости населения хроническими болезнями органов дыхания в среднем на 15,8 случаев (в расчете на 1000 человек)».

Разработанный учеными ПНИПУ подход установил прямую и сильную связь между экологическими рисками промышленных объектов и ростом заболеваемости. Его применение позволит соответствующим учреждениям и органам власти регулярно отслеживать степень влияния промышленных городов на здоровье и качество жизни населения.

Пища для людей из микроорганизмов, поедающих пластик

Судя по всему, вопрос о пище для людей из микроорганизмов, перерабатывающих отходы, которые производят люди, звучит не «будет ли это происходить», а – «когда это, наконец, произойдет». Исследования съедобных микроорганизмов ведутся не менее 60 лет, и хотя пока выводов немного, исследователи в этой области говорят, что у стран есть веские причины рассматривать микроорганизмы как источник пищи. В мире много людей, много голода, много войн, много стихийных бедствий. А микроорганизмы богаты белком, и – их выращивание требует меньше земли и воды, чем традиционное сельское хозяйство. Поэтому они могут оказаться более устойчивым источником питания, особенно по мере роста численности населения планеты.

В США с 2020 года ведутся исследования по запросу Минобороны – на переработку микроорганизмами пластиковой тары в местах дислокации воинских частей. Ученые пошли дальше и изучают возможности «безотходного производства»: люди делают пластик и выращивают микроорганизмы, микроорганизмы перерабатывают пластик, люди перерабатывают микроорганизмы, питаются ими и т.д., и т.п. Сейчас изучается, токсична ли получаемая биомасса.

Некоторые выводы неоконченной научной работы уже сейчас коммерциализируются и внедряются в жизнь. К примеру, финский стартап Solar Foods использовал микроорганизмы, встречающиеся в природе (не имеющие отношения к пластику), и создал из них порошкообразный продукт Solein, который был одобрен для использования в Сингапуре. В прошлом году Solar Foods и японский пищевой концерн Ajinomoto начали работу над созданием новых продуктов на основе порошка Solein, и разработанные кондитерские изделия, в которых Solein заменил молочные продукты, уже сейчас, в августе, можно купить в Сингапуре. Компания подала заявку на одобрение в ЕС и Великобритании, а также в США, где она надеется выйти на рынок к концу этого года.

Кондитерские изделия, при изготовлении которых использован порошок из микроорганизмов. Источник: solarfoods.com

А насчет микроорганизмов, питающихся пластиком, – если они таки окажутся безопасными и даже полезными для потребления человеком, ученые предполагают, что широкая общественность, возможно, и не захочет по своей воле питаться таким продуктом. Но конкретно эта группа микроорганизмов может оказаться наиболее применимой в экстремальных условиях: на удаленных военных базах или во время ликвидации последствий стихийных бедствий, где ее можно будет потреблять в течение короткого времени, чтобы помочь людям выжить.

Победители ежегодного научного фотоконкурса BMC Ecology and Evolution

BMC Ecology and Evolution – проект одноименного британского научного журнала по экологической и эволюционной биологии: фотоконкурс для творческих экологов, биологов-эволюционистов и палеонтологов, связанных с исследовательскими учреждениями. В этом году предлагалось четыре номинации: «Исследования в действии», «Взаимоотношения в природе», «Защита нашей планеты» и «Жизнь крупным планом». При выборе победителей организаторы рассматривают и научную историю фотографий, – в дополнение к художественной оценке. GoArctic писал о конкурсе прошлого года. Арктических фотографий в конкурсе меньшинство, но широта научного и познавательного спектра завораживает. Фотографии представляются организаторами по лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).

Номинация «Взаимоотношения в природе»

Погоня за рыбой: Арктический поморник подстраивается к полету моевки, чтобы украсть у нее рыбу. Авторство: Элвин Харденбол

Первое место: победитель в категории «Взаимоотношения в природе» запечатлел арктического поморника, имитирующего полет моевки в попытке украсть ее рыбу. Фотография была предоставлена ​​Элвином Харденболом, постдокторантом Шведского университета сельскохозяйственных наук: «Это поведение, когда одно животное намеренно отбирает еду у другого, было замечено с лодки недалеко от Вардё, Норвегия. Арктические поморники часто демонстрируют этот тип поведения, известный как клептопаразитизм, в больших количествах. Находясь в Норвегии, я наблюдал, как горбатые киты вытаскивают рыбу на поверхность, которую моевки и другие чайки ловят. Затем поморники пытаются украсть у них рыбу. Все попытки поморников, которые я наблюдал, были успешными, что демонстрирует их эффективность в этих отношениях».

Номинация «Защита нашей планеты»

Работа по сохранению популяции орла Бонелли: GPS-транспондер позволяет исследователям идентифицировать линии электропередач, которые стали причиной смерти птицы. Фото предоставлено Роберто Гарсия-Роа

Второе место: Роберто Гарсия-Роа, эволюционный биолог и фотограф, работающий в Университете Лунда в Швеции, представил историю самки орла Бонелли по имени Брума, которая, к сожалению, погибла от удара током на линии электропередачи. Гарсия-Роа говорит: «Популяция орлов Бонелли сокращается, и теперь они считаются находящимися под угрозой исчезновения в Европейском союзе. GPS-транспондеры отслеживают перемещения орлов, помогая исследователям определять области с высокой смертностью, связанные с линиями электропередачи. На снимке Брума, которая была помечена передатчиком GPS, лежит бездыханной после удара током. Информация, собранная трекером, позволила ученым и властям определить место, где это произошло. Эта информация имеет решающее значение для модификации линий электропередачи – чтобы других животных не постигла та же участь. Такие меры имеют решающее значение, поскольку в Европе ежегодно от удара током погибают тысячи птиц».

Орел Бонелли, Aquila fasciata – дневной хищник семейства Accipitridae (орлы, грифы, коршуны, луни, перепелятники). Считается реликтовым видом; описан в 1815 году Франко Андреа Бонелли (1784-1830), итальянским орнитологом. Орел с размахом крыльев до 180 см занесен в красный список видов, находящихся под угрозой исчезновения в Европе, что связано с разрушением его среды обитания, поражением электрическим током на опорах линий электропередач и постоянным преследованием со стороны человека.

Номинация «Исследования в действии»

Несколько капель лекарства: орнитолог кормит находящегося под угрозой исчезновения гавайского попугая кивикиу электролитами и белком, чтобы подготовить его к путешествию в Центр охраны птиц Мауи (Гавайи). Источник: Райан Вагнер

Первое место: Райан Вагнер, биолог-эколог из Школы биологических наук Университета штата Вашингтон, победил в номинации «Исследования в действии». «Один укус комара может убить попугаев кивикиу (гавайское название), живущих на острове Мауи Гавайского архипелага, – одну из самых исчезающих птиц в мире, которых осталось всего 130. После появления в 1800-х годах комаров, которые переносят смертельную птичью малярию, местные птицы на Мауи нашли убежище на высоких холодных склонах вулкана Халеакала. Однако, поскольку изменение климата приводит к потеплению островов, комары тоже достигли ранее недоступных высот, продолжая убивать птиц. В 2024 году Проект по восстановлению лесных птиц Мауи (MFBRP) принял трудное решение отловить несколько пар кивикиу для создания популяции в неволе. Как показано на фотографии, лекарства, вводимые орнитологами, обеспечивают приток электролитов и белка, чтобы укрепить птицу для перелета на вертолете в Центр сохранения птиц Мауи. «Там его вылечат от малярии и примут участие в программе разведения в неволе, чтобы помочь спасти вид от вымирания», – объясняет Райан.

Номинация «Жизнь крупным планом»

Внутри кости динозавра: раскрытие истории жизни мегапнозавра. Авторство: Anusuya Chinsamy-Turan

Второе место: профессор Анусуя Чинсами-Туран, палеонтолог из Университета Кейптауна, используя микроскоп, демонстрирует, как окаменелые кости предоставляют ценную информацию о давно вымерших видах. Чинсами-Туран объясняет: «При рассмотрении под петрографическим микроскопом это изображение тонкого среза бедренной кости мегапнозавра, хищного динозавра из Южной Африки, раскрывает важную информацию о биологии этого животного возрастом около 190 миллионов лет. Большие черные области когда-то содержали кровеносные сосуды, нервы и другую соединительную ткань, в то время как более мелкие черные точки — это пространства, в которых когда-то находились костные клетки. После смерти органическая ткань разлагается, а пустые пространства заполняются осадком и минералами. Яркие цвета, видимые на изображении, дают представление об организации апатита, который является минеральным компонентом кости, который переживает окаменение. В жизни коллаген и апатит тесно связаны, и хотя коллаген больше не присутствует, общее расположение апатита предполагает, что кость отложилась быстро». Изучение микроструктуры окаменелой кости может дать ценную информацию об истории жизни динозавров и других вымерших позвоночных, включая сведения о поле, скорости роста, наличии заболеваний и потенциальном влиянии факторов окружающей среды на рост вымершего животного.

Победитель в общем зачете

Безумие кормления: самая большая в мире рыба, медлительная китовая акула, питается рыбой-бекасом, которую ловкий тунец собирает в шары для наживки на Азорских островах. Авторство: Хорхе Фонтес

Победившую фотографию сделал морской биолог Хорхе Фонтес, который работает в Институте морских наук Okeanos-UAc и участвует в проекте по изучению влияния рыболовства на крупнейших животных в океанах. «Самая большая рыба в мире, китовая акула, — это нежный гигант, обитающий в теплых тропических и субтропических водах по всему миру, — объясняет Фонтес. – Она любит питаться планктоном, который фильтрует через свою широкую пасть. Теплым летом многие взрослые китовые акулы собираются около Азорских островов. Однако, поскольку летом эти воды не очень продуктивны, планктона для них не так много. Вместо этого медлительные китовые акулы питаются рыбой-бекасом, которую сбивают в плотные группы на поверхности большие стаи быстрых голубых и более мелких тропических тунцов, что приводит к безумному питанию. Когда живец собирается вместе, китовые акулы используют мощное всасывание, чтобы наполнить свои огромные рты пищей. Такое партнерство между акулами и тунцами в плане питания редко встречается в других местах, но распространено на этих островах, когда присутствуют оба вида. Чтобы лучше понять это уникальное поведение и влияние местного промысла тунца, мы пометили китовых акул усовершенствованными трекерами (оснащенными акселерометрами, камерами и датчиками для измерения местоположения, давления и температуры)».