Экологический менеджмент

рокого распространения не только у нас в стране, но и во всем мире. На это есть свои причины: для потребления опресненную воду необходимо разбавлять обычной водой, и только в такой смеси она может быть использована по назначению.

Истощение и загрязнение природной среды ведет к разрушению экологических связей, образованию районов и регионов с полностью или частично деградированной природной средой, не способной осуществлять обмен веществ и энергии. Наиболее ярким примером такой деградации является Арал, который медленно умирает из-за отсутствия необходимого стока вод от двух мощных среднеазиатских рек. Деградированы степи Калмыкии: нерациональное использование земли, перегрузка пастьбой скота полностью лишили почвы растительности, которая удерживала почвенный покров.

1.3. Новые источники загрязнения и истощение окружающей среды

С большой долей уверенности можно сказать, что исследования в течение ближайших десятилетий приведут ученых к более общей научной картине мира, в которой разные научные дисциплины будут сливаться, демонстрируя единство свойств и законов окружающей нас природы. С учетом вышеизложенного можно предположить, что в 2020 году произойдет интеграция различных ветвей технологического развития.

Объединение и слияние наук будет означать их синергическое воздействие друг на друга в первую очередь в четырех направлениях, которые сейчас переживают период бурного развития: нанонаука и нанотехнология; биотехнология и биомедицина, включая генную инженерию; информационные технологии, включая вычислительную технику и средства связи, и когнитивные науки, связанные с изучением самих процессов познания (включая когнитивистику, теорию нейронных сетей мозга и системные подходы).

Предполагаемое слияние наук и технологий может привес-

22

ти к невиданному прогрессу в условиях жизни как отдельных людей, так и общества в целом, но только при условии внимательного и серьезного отношения общества к экологическим, этическим и социальным проблемам развития нанотехнологий.

Благодаря развитию нанотехнологий у людей появляются новые надежды и вера в то, что они помогут значительно изменить экологическую ситуацию, освоить космос, продлить жизнь

ит.д. Самые большие человеческие надежды, несомненно, связаны с развитием наномедицины и нанодиагностики в отношении социально значимых заболеваний. Внедрение нанотехнологий и наноматериалов способствует не только зарождению веры

инадежды на улучшение жизни, но и развитию новых проблем.

Одной из причин возникновения столь разноплановых страхов и опасений является недостаточная информированность населения о том, что происходит в области нанотехнологий. Чтобы достичь этой цели, власти разных стран параллельно с традиционными нанотехнологическими разработками инициировали изучение рисков, социальных проблем и этических вопросов, связанных с ними.

При оценке рисков для окружающей среды рассматривают следующие объекты: человек, животные, растения и экосистемы.

Неблагоприятные для человека события, последствия которых отражает риск, могут воздействовать:

•на здоровье (смерть, заболевания, генетические изменения, неприятные ощущения и т.д.);

•экономику (финансовые риски, потеря функций окружающей среды, коррозия, неэффективное использование земель, порча имущества, потери скота и урожая, разрушение памятников культуры, землетрясения и т.д.);

•благосостояние общества и благополучие окружающей природной среды (снижение качества жизни из-за нехватки разнообразия ландшафта, утрата зон отдыха, политические риски, экологические риски, потеря интереса к чему-либо и др.).

23

1.3.1. Наноматериалы в потребительской продукции

Все более широкое использование наноматериалов в различных отраслях промышленности и потребительских товаров создает некий риск для здоровья человека и окружающей среды. В настоящее время широко представлены наночастицы ряда оксидов металлов, металлов и углерода. Они отображают свойства, которые отличаются от свойств сыпучих материалов, из которых их получили.

Наночастицы Ag. Серебро обладает противомикробным, антисептическим и другими полезными свойствами. Это обусловливает его активное использование в качестве добавок в чистящие средства, металлические изделия, косметику и текстиль. Так, например, в продаже имеются носки с наночастицами серебра, при использовании которых, как утверждают разработчики, уничтожается как минимум 60 % бактерий.

В то же время норвежские ученые провели опыты, которые показали, что широко распространенные в наши дни наночастицы серебра могут быть опасны для человека. Выяснилось, что данные наночастицы обоих размеров (20 и 200 нм) оказывают на клетки токсическое воздействие, подавляя их функционирование и вызывая их гибель в большем количестве. Серебряные наночастицы диаметром200 нмповреждалиДНКвчеловеческих клетках.

Наночастицы ТiO2. Производится в больших количествах для использования в самоочищающихся, противомикробных покрытиях и красках, а также в косметических средствах как поглотитель УФ. (Только в Австралии имеется более 300 зарегистрированных солнцезащитных продуктов, содержащих наночастицы TiO2.)

Проведено исследование влияния диоксида кремния и наночастиц диоксида титана на возникновение осложнений при беременности у мышей. Исследование показало, что наночастицы могут проникать через плаценту беременных мышей и вызывать нейротоксичность у их потомства.

Углеродные нанотрубки. Целый набор свойств – высокая прочность (63 ГПа), сверхпроводимость, капиллярные, оптиче-

24

ские, магнитные характеристики – определяют широчайший спектр применения углеродных нанотрубок. В настоящее время главными областями применения углеродных нанотрубок являются: производство спортивных товаров (они входят в состав композитов, из которых изготавливаются эти товары), электроника и автомобилестроение (придание полимерам антистатических и проводящих свойств).Также их с большим успехом используют как острие в сканирующих зондовых микроскопах. Ученые Стэнфордского университета разработали новую технологию сохранения электроэнергии. Это решение позволит превратить любой предмет гардероба или даже лист бумаги в самый настоящий аккумулятор. Для этого требуется покрыть его слоем «чернил» из углеродных нанотрубок. При этом аккумулятор полностью сохранит свойства начального объекта: его можно будет сгибать и даже растягивать.

Теперь другая сторона всех этих замечательных свойств. В 2008 году в Центре по исследованиям воспалительных заболеваний при Эдинбургском университете (MRC Center for Inflammation Research) выявили, что углеродные нанотрубки вызывают такие же проблемы с дыханием и способны спровоцировать такую же опасную и редкую форму рака – мезотелиому, неизлечимое поражение легочной плевры, какое может проявиться через 30–40 лет после вдыхания асбеста. Уникальная поражающая способность асбеста объясняется сверхмалым диаметром и большой длиной волокон. Это сочетание характеристик позволяет волокнам проникнуть глубоко в легкие, но не дает иммунной системе возможность уничтожить их. Углеродные нанотрубки обладают такими же свойствами. Особенно опасными могут быть многослойные нанотрубки, составленные из нескольких цилиндрических слоев, потому что такие структуры особенно хорошо сохраняют свою форму и острые края.

Наличие наночастиц в различных изделиях. Нанотехноло-

гии – все еще развивающаяся область, и есть нехватка информации о том, как наноразмерные частицы и их устройство может отрицательно влиять на здоровье человека и безопасность окружающей среды. Можно сделать вывод, что не стоит недооцени-

25

вать как сами наноматериалы, так и их свойства. К сожалению, всю продукцию, содержащую наночастицы, невозможно перечислить. Многие производители не информируют об их наличии в силу того, что безопасность (или опасность) некоторых из них до сих пор еще не доказана, а потребители не имеют инструментария для экспресс-анализа количества и природы наноструктурных примесей.

Данные, представленные в табл. 1.1, показывают накопление в окружающей среде разных типов наночастиц (НЧ), используемых в различных изделиях.

Таблица 1.1

Накопление в окружающей среде разных типов НЧ, используемых в различных изделиях

26

Окончание табл. 1.1

1.3.2. Производство наноматериалов

Страны-производители. Потенциально опасным местом, в котором концентрация наноматериалов может достигать критических значений, является место, где они производятся. Таких производств во всем мире десятки тысяч. Мировое производство нанопорошков распределено неравномерно. Многие страны, такие как Бразилия, Южная Африка, Россия и Австралия, являются крупными производителями сырья, но не производят наночастицы в значительных объемах. Только сейчас развитые в промышленном отношении страны стали производить наноматериалы в коммерческих количествах. Большинство стран –

27

производителей наноматериалов сильно зависят от импорта сырья. На США приходится более половины производителей нанопорошков.

На рис. 1.7 отображены отрасли, на которые направлено производство нанопорошков.

Рис. 1.7. Отрасли, на которые направлено производство нанопорошков

Далее рассмотрим некоторые модели получения наноматериалов.

Методы получения углеродных наноматериалов. Наиболее эффективным способом получения фуллеренов является термическое распыление графитового электрода в плазме дугового разряда, горящего в атмосфере гелия. К недостаткам метода относится сложность выделения, очистки и разделения различных фуллеренов из углеродной сажи, низкий выход фуллеренов и, как следствие, их высокая стоимость.

При лазерной абляции (рис. 1.8) происходит испарение графитовой мишени в высокотемпературном реакторе с последующей конденсацией, при этом выход продукта достигает 70 %. Эту технологию можно масштабировать на промышленный уровень, несмотря на высокую стоимость получаемого материала, поэтому важно продумать, как исключить риск попадания нанотрубок в атмосферу рабочей зоны. Последнее возможно

28

при полной автоматизации процессов и исключении ручного труда на этапе упаковки продуктов.

Рис. 1.8. Установка лазерной абляции для получения углеродных нанотрубок

Химическое осаждение (рис. 1.9) из газовой фазы происходит на подложке со слоем катализатора из частиц металла (чаще всего никеля, кобальта, железа или их смеси). Этот метод наиболее перспективен в промышленных масштабах благодаря меньшей себестоимости, относительной простоте и контролируемости роста нанотрубок с помощью катализатора.

Рис. 1.9. Схематическое изображение процесса осаждения наночастиц

Детальный анализ продуктов, полученных методом хими-

29

ческого осаждения в газовой фазе, показал наличие как минимум 15 ароматических углеводородов, в том числе было обнаружено 4 токсичных полицикличных углеродных соединения. Наиболее вредным в составе побочных продуктов производства был признан полициклический бензапирен – широко известный канцероген. Другие примеси представляют собой угрозу озоновому слою планеты.

Несколько российских компаний уже приступили к производству углеродных нанотрубок. Например, научнотехнический центр «ГраНаТ», ОАО «Тамбовский завод "Комсомолец" им. Н.С. Артемова». Суммарная мощность реакторов по производству углеродных нанотрубок российских производителей превышает 10 т/г.

Методы получения нанопорошков металлов и их соедине-

ний. Производство нанопорошков и их соединений растет с каждым годом. Этому способствуют различные технологии. В целом методы получения можно разделить на химические (плазмохимический синтез, лазерный синтез, механохимический синтез, криохимический синтез) и физические (испарение и конденсация в инертном или реакционном газе, электрический взрыв проводников (ЭВП), механическое измельчение, детонационная обработка). Далее речь пойдет о более перспективных методах получения нанопорошков и их соединений. Например, газофазный синтез. Производительность при нем достигает десятков килограмм в час. В таком производстве осуществляют испарение твердого материала (металла, сплава, полупроводника) при контролируемой температуре в атмосфере различных газов (Ar, Хе, N2, Не2, воздух) с последующим интенсивным охлаждением паров получаемого вещества. При этом образуется полидисперсный порошок (размер частиц 10–500 нм). Этим способом получают оксиды металлов (MgO, А12O3, СuО), некоторых металлов (Ni, Al, Тi, Мо) и полупроводниковых материалов с уникальными свойствами. К преимуществам метода относятся низкие энергозатраты, непрерывность, одностадийность и высокая производительность. Чистота нанопорошков зависит

30