Изабела Генова: В науката няма лош резултат. Получените резултати винаги са от полза, защото ни насочват в една или друга посока, към едно или друго решение

Д-р. инж. Изабела Генова е носителка на отличието „За жените в науката“ през 2017. Тя изследва алтернативни източници на енергия в областта на химията, като се стреми към намаляване на зависимостта от изкопаеми горива. Доцент е в Институт по инженерна химия, БАН.

Получавате алтернативно гориво, но каква е ролята на катализаторите в процеса и колко важна е тя? Как точно отпадъчна биомаса може да се превърне в гориво и какво е ролята на катализаторите в този процес? Звучи като нещо от бъдещето!

Идеята на моята разработка, с която спечелих „За жените в науката“, е получаване на алтернативни горива, в частност водородсъдържащ газ и/или различни химични продукти чрез използване на катализатори, ролята на които е изключително важна и основноопределяща, тъй като те са нещо като „ускорителя“ и „основния двигател“ по отношение на кинетиката и реакционния маршрут на получаване на водородсъдържащ газ от метанол. Отправна точка по отношение на самата научна идея беше разработване на тези катализатори с конкретни желани свойства и характеристики като високо развита специфична повърхност и контролирана химия на повърхността, в състава на които да се използват евтини прекурсори като напр. биомаса, преходни метали и др., и които да „управляват“ процеса по желан начин. Следва да се подчертае, че производството на катализатори за промишлени процеси е едно изключително важно химично направление в индустрията, благодарение на което функционират важни производства в химическата промишленост.

В този смисъл, реализацията на разработката беше стъпка напред по отношение на възможностите за разширяване на това направление чрез получаване на евтини катализатори и идеята те да намерят приложение в получаване на водородсъдържащ газ от метанол. Процеса на разпадане на метанол ще има все по- важно практическо значение, тъй като той може да бъде „моделиран“, както за получаване на водородсъдържащ газ като гориво, така и за получаване на разнообразни химични продукти. Нещо повече, процеса е обект на голям научно изследователски интерес, свързан с изучаване на възможностите за контрол на кинетиката му и реакционния маршрут чрез разработване на различни катализатори, поради което натрупването на ценен опит и информация в тази научна област, би дало значителен тласък в напредъка и фундаменталното разбиране относно бъдещите възможности за реализацията на важни целеви производства в световен мащаб.

Има ли нещо особено в комбинацията от метали, защо точно мед, никел, цинк и желязо? Какво ги прави толкова важни за алтернативната енергия?

Както споменах, разработването на катализатори е сложен и прецизен процес, при който трябва много внимателно да се прецизират комплекс от фактори: вид и свойства на активната фаза, възможност за стабилизирането й, в т.ч. избор на метод и/или технология, избор на носител, добавки, цена и др. В този смисъл, моно- или бикомпонентни катализатори на основата на мед, никел, цинк и желязо представляват една уникална комбинация, която разкрива много обещаваща перспектива по отношение на контрола върху кинетиката и реакционния път на процеса на разпадане на метанол. Тези елементи са от групата на преходните метали, които имат много добри свойства и категорично са демонстрирали своите заявки по отношение на алтернативното им използване спрямо някои благородни метали, които от десетилетия насам са намерили широкомащабно приложение в много производства. Цената на катализаторите на основата на благородни метали е висока.

Сами по себе си тези метали не се намират лесно, практически няма достатъчно количество от тях и/или техния ресурс е географски реорганизиран само в някои страни, което на практика трудно би могло да обезпечи едно потенциално широкомащабно производство на катализатори за даден промишлен сектор. Именно за това, в световен мащаб, научната общност насочва усилия в търсене на подходяща тяхна алтернатива, която да осигури повече възможности пред химическата промишленост и реализацията на процеси за производство на алтернативни енергийни източници.

Кои са най-големите трудности, когато се опитваме да направим алтернативно гориво гориво от природни или отпадъчни материали? Има ли неща, които Ви изненадаха в хода на изследванията Ви?

Провеждането на едно такова цялостно изследване е прецизен, продължителен процес, който изисква много търпение и внимание към всеки един етап от него: от самия подбор на състава на катализаторите, през техния синтез, изследването и изучаването им и постигането на реалния резултат, касаещ активността им в химичния процес, тяхната селективност и стабилност. Изключително важен момент е да се изучи всичко това в колкото се може повече детайли и да се установи механизма на съответния химичния процес. Всичко това, разбира се, може да се постигне при търпение, постоянство и много усилия.

Всъщност, трудностите се състоят основно в намирането на оптималната комбинация между химически състав, състояние и физични характеристики на катализаторите, която да обезпечи целевите им свойства по отношение на контрола върху получаването на крайния продукт, в случая водородсъдържащ газ. В конкретния случай, ако трябва да навляза в малко повече детайли, ще споделя, че не малко пъти се е оказвало, че противно на очакванията, дадена фаза не е селективна по отношение на целевия продукт, но е с висока активност, или пък, че получената фаза е много активна и селективна спрямо получаването на водородсъдържащия газ, но не е стабилна- т.е. след няколко часа непрекъснат процес тези свойства се влошават, или с други думи катализатора се дезактивира. В такива случай, са важни няколко неща, първо да се установи причината за това, защо катализатора се дезактивира, и второ, да се намери възможност да се подобрят тези свойства. И двете последващи действия са нещо като „заобиколен път“ към крайната цел, който обаче не се знае колко е дълъг, тъй като зависи от времето и възможностите за синтезирането на правилната „химия“ на катализатора и по-нататъшен ефективен контрол на процеса, а и изисква не само детайлни изследвания и много прецизна работа, но понякога и щастлива случайност.

По отношение на това, дали в хода на изследванията съм се изненадвала, искам да подчертая, че в науката винаги има резултати, които са били противно на очакванията, но които не съм сигурна дали могат да се определят точно като изненади, тъй като това е съдържащ се етап от цялостния научноизследователския модел. Очаквания, разбира се, винаги има, а опита ми е показал, че преобладаващата част от тях са в контраст с това, как си ги представяме. Аз мисля, че в науката няма лош резултат. Получените резултати винаги са от полза, защото ни насочват в една или друга посока, към едно или друго решение, към прилагането на един или друг подход, което сами по себе си, освен че фундаментално допринася в съответното професионално направление, има и цялостен отпечатък върху развитието и опита на изследователя и цялостната му научна работа.

Вашата научна работа се превръща и в лична мисия. Какво Ви подтикна да превърнете темата за алтернативната енергия в своя кауза, а сега и в тема на предстояща книга?

Както споменах, търсенето на алтернативни енергийни източници е една изключително актуална тема на нашето съвремие, което ще продължава да ни вълнува все повече в бъдеще. Не малка част от съзнателния ми живот е била свързана с изучаване на тази тематика, поради което съм имала възможността да навляза в големите й дълбини. Считам, че всички знания и изследвания, които имам са ми дали възможност да имам задълбочен и обективен поглед в това направление, поради което реших да ги споделя с по-широк кръг от хора чрез написването на един такъв труд, какъвто е настоящата ми първа книга. Допускам, че това начинание би могло цялостно да разшири и обогати представата и възможностите за използването на енергия от алтернативни енергийни източници, би било полезно, както за млади учени и студенти, които се занимават или предстои да се занимават в това направление, така и да остави значима следва в научната литература.

Като учен с активна обществена роля, какъв съвет бихте дали на младите хора – особено на момичетата – които търсят връзка между науката, устойчивото бъдеще и личната мотивация?

Нямам самочувствието да кажа, че имам активна обществена роля, но се надявам моите възгледи, базирани на изследванията ми до момента да имат положително за обществото и нашето съвремие значение. Относно съветите, които бих дала на младите изследователки -учени, то ще кажа, че за съжаление няма универсална химическа формула. Мисля, че всичко това е взаимосвързано по комплексен начин и всеки един млад изследовател следва да намери своя път и смисъл в тази взаимовръзка. За себе си бих казала, че науката винаги е била водеща в моя живот и професионален път, поради нуждата за знания и нови открития, и тази нужда определям като „катализатора“ на своя научен път.