Научният свят има своите героини – жени, които със страст, упоритост и визия не просто изследват, а променят бъдещето ни към по-добро. През 2025 г. отбелязахме 15 години от създаването на програмата на L’Oréal и ЮНЕСКО „За жените в науката“ в България – инициатива, която досега е подкрепила 42 изключителни българки, отличени за своите научни проекти в ключови научни области като физика, химия, биология, медицина, астрофизика, екология, информатика и инженерни науки.

Науката като двигател на устойчивото бъдеще. Представяме ви научните решения на две изследователки - Искра Колева и Мария Калъпсъзова, които използват изчисления, катализ и нови материали, за да намалят емисиите и да дадат втори живот на ресурсите.

Искра Колева: Едно от най-важните приложения на катализаторите е в автомобилите. Там метали като платина, паладий и родий помагат да се намалят вредните емисии, като превръщат токсични газове като въглероден оксид в по-безопасни вещества

Искра Колева е носителка на отличието „За жените в науката“ през 2020 година. Нейната професионална област е химията. Тя изследва изчислителния хетерогенен катализ – чрез компютърно моделиране и симулации анализира как протичат химични реакции върху твърди катализатори. Фокусът ѝ е върху екологично значими реакции като превръщането на въглероден оксид в въглероден диоксид, използвайки катализатори от платина, цериев диоксид и зеолити. Нейната работа подпомага създаването на по-чисти технологии и намаляване на вредните емисии.

Как включването на въглерод и азот в катализаторите помага да се направят химичните реакции по-ефективни и да се намалят замърсяванията във въздуха?

Повечето каталитични процеси протичат с участието на твърд катализатор и вещества в газообразно или течно състояние. Най-често се използват метали като злато, платина, паладий и родий, които са много ефективни, но и скъпи.

Взаимодействието на въглерода с тези метални повърхности е особено важно. В някои случаи той може да намали ефективността на катализатора, но при ниски концентрации може и да я подобри – например когато е разположен под повърхността на метала или в активните му зони.

Интересното е, че добавянето на въглерод към по-достъпни метали като молибден и волфрам може да им придаде свойства, близки до тези на скъпите благородни метали. Това означава, че могат да се създадат по-евтини, но ефективни катализатори. Подобен потенциал имат и материалите, съдържащи азот – т.нар. нитриди, които също съчетават добра ефективност с по-ниска цена.

Как използвате компютърни модели и симулации, за да разберете как работят катализаторите и да създадете по-добри материали за по-чиста околна среда?

Квантовохимичното моделиране позволява да се изследват катализаторите на атомно ниво – да се разбере как са устроени и как протичат реакциите върху тях.

Чрез компютърни симулации може да се проследи всяка стъпка от дадена реакция, да се установи коя е най-бавната или най-енергоемката и да се изчисли колко лесно реагентите се свързват с повърхността на катализатора. Това е ключово за оценка на неговата ефективност.

При по-сложни системи, например метални наночастици върху носител, тези методи помагат да се определи къде точно се случва реакцията – по ръбовете, при дефекти или на границата между различни материали. Така могат да се сравнят различни варианти и да се открие най-ефективният.

Изчислителната химия е особено полезна, когато експериментите не дават достатъчно ясна картина или когато трябва да се потвърдят и обяснят наблюдаваните резултати. Тя може и да предложи нови идеи, които след това да бъдат проверени в лаборатория.

Как бихте обяснили на широката публика защо Вашите изследвания са важни за бъдещето на чистите технологии и здравето на планетата?

Едно от най-важните приложения на катализаторите е в автомобилите. Там метали като платина, паладий и родий помагат да се намалят вредните емисии, като превръщат токсични газове като въглероден оксид в по-безопасни вещества – въглероден диоксид, водни пари и азот.

Този процес е ключов не само за транспорта, но и за редица индустриални приложения, свързани с пречистване на газове и производство на енергия.

Въпреки че нови материали като карбиди и нитриди вече се изследват активно, техният потенциал все още не е напълно разкрит.

По-доброто разбиране на това как работят катализаторите е важно, защото позволява:

• да се подобрят съществуващите технологии
• да се създадат нови, по-ефективни решения
• и да се намерят по-достъпни алтернативи на скъпите метали.

Всичко това има пряко значение за по-чиста околна среда и по-добро качество на живот.