Владимир Гутерман: «Наша тематика — это каталитически активные материалы для устройств водородной энергетики»

— Давайте начнем для разнообразия с переднего края. Чем в науке занимаетесь вы лично и ваш достаточно большой коллектив?

— Наша тематика — это каталитически активные материалы для устройств водородной энергетики. Это катализаторы, в основе которых наночастицы драгоценных металлов и их сплавов, которые наносятся на носители, и в зависимости от свойств этих материалов, от того, как мы их сможем получить, какого качества они будут, эти катализаторы будут работать лучше или хуже. В итоге топливный элемент или электролизер для получения водорода с этими катализаторами тоже будет иметь более или менее высокие характеристики

Мы давно занимаемся этой тематикой. Впервые я ее освоил, работая в Институте передовых технологий компании Samsung в Южной Корее. Там мне понравилась тематика катализаторов для водородной энергетики, я вернулся сюда, и здесь мы начали ею заниматься, постепенно развиваясь.

Сейчас мы себя позиционируем (коллеги так говорят, и мы с удовольствием в это верим) как одну из лучших, может быть, лучшую в России лабораторию, которая занимается катализаторами для топливных элементов и электролизеров.

Но это если брать в общем. Если говорить о последних событиях, недавно создана в рамках нашей программы Южного федерального университета «Приоритет-2030» новая лаборатория, руководителем которой я и являюсь. В рамках этой лаборатории важно было сделать поворот на так называемые продуктовые прикладные результаты, чтобы это была не наука в чистом виде, а нечто, что можно передать коммерческому партнеру и использовать на производстве. Мы разрабатываем методику, которая позволяет синтез наночастиц и катализаторов, которые эти наночастицы содержат, превратить в процесс, в ходе которого можно вести мониторинг происходящих превращений. То есть, на наш взгляд, раньше это осуществлялось так: загрузили какие-то компоненты в раствор, нагрели, пропустили какой-то газ, подождали два часа, вынули, отфильтровали и посмотрели, что получилось. Что происходило в реакционной смеси эти два часа — непонятно.

Мы решили, что будет здорово, если мы сможем посмотреть, как происходит этот синтез, что меняется в процессе. Это может быть разной глубины уровень, можно понимать, во что превращаются реагирующие частицы на каждом шаге и так далее. Это очень сложно, потому что при детальном исследовании требует дорогостоящих методов, синхротрон например, каких-то специальных условий, использования разбавленных растворов. Но у нас ведь речь идет о прикладном применении. Этот синтез идет прямо на производстве, и технолог должен понимать, как он идет, что происходит здесь и сейчас, где начинаются отклонения какие-то, проблемы.

И мы предложили методику, достаточно простую и в то же время информативную. В растворе последовательно протекают окислительно-восстановительные реакции, меняя окраску раствора. И у нас идет постоянный мониторинг изменения окраски раствора с помощью микрокамеры. Мы ее оцениваем, компьютерная программа раскладывает эту окраску на три компонента и параллельно измеряется редокс-потенциал системы, который меняется из-за того, что вещества постоянно реагируют друг с другом, во что-то превращаются.

Эти зависимости соотносятся друг с другом в реальном времени, и таким образом можно следить за тем, как это происходит. Характерные моменты в жизни системы очень хорошо отражаются в рамках этого мониторинга. Мы уже сделали довольно простой приборчик, первый тестовый экземпляр для того, чтобы это было стационарно воспроизводимо. Получили первые хорошие результаты, опубликовали статьи в этой области, и нам кажется, что мы на правильном пути, чтобы раскрыть — мы сами придумали этот термин — «черный ящик жидкофазного синтеза». Он еще потому черный, что там в конце наночастицы платины образуют черный раствор. И мы теперь умеем, пусть не все, что хотелось бы, но какие-то важные моменты наблюдать.

— Насколько я знаю (а я как человек, занимающийся водородной тематикой, знаю точно), у вас не только научная история, но ваш синтез наночастиц, синтез катализаторов, перешел уже в какое-то опытное производство. Это тоже важная и не самая простая вещь. Даже перейти от лабораторного синтеза к малотоннажному производству — это непросто. Можно про этот «фазовый переход» рассказать?

— Мы постоянно занимались научными делами, параллельно создавая так называемую интеллектуальную собственность, патенты, которые были связаны с методами синтеза. И появилась идея, которую я раскрывать в деталях не буду. Но в общем — использовать некие вещества, которые как бы вредны для катализа, но при производстве катализатора могут дать очень хороший результат.

Мы попробовали, и у нас действительно получились удивительные материалы. Мы даже не ожидали, что это получится так хорошо. И мы поняли, что наши катализаторы очень хороши, в тех малых количествах, которые мы делаем в лабораторных условиях. Примерно в это же время появилась какая-то компания в России, которая занималась беспилотными летательными аппаратами, дронами на основе водородных технологий, и они приобретали катализатор в компании Johnson Matthey со сложной логистикой. Они спросили, не можем ли мы сделать для них катализатор, аналогичный по характеристикам катализатору этой компании. Мы предложили наши образцы, они их проверили и сказали: «Вау, у вас классный катализатор, он очень хорошо работает, А не хотите ли вы такой катализатор производить?»

Тут появилась программа «Старт», мы заявились в эту программу, «Старт» от фонда Бортника, и выиграли грант, создали малое предприятие. Это произошло в конце декабря 2017 года. Все полученные средства мы вложили в этот процесс, о котором вы говорили — в масштабирование технологии. Но мы уже понимали, что по физико-химическим основаниям она может быть масштабирована, надо было просто отработать это, попробовать. Мы это сделали и стали производить эти катализаторы. Мы их и сейчас производим, их продает это малое предприятие «ПРОМЕТЕЙ РД». Проблема в том, что водородные технологии в России развиваются медленно, и потребителей немного. Это не Китай, к сожалению.

— К слову, если говорить о водородных технологиях. Когда я сам пришел в эту область, это было семь лет назад, был пик водородного хайпа и в России, и во всем мире. И я наблюдаю, как идет этот процесс, как с любой технологией, с искусственным интеллектом, с геномикой, со всем остальным, у нас сначала есть завышенные ожидания, потом разочарование, а потом стабилизация. В водороде мы сейчас где?

— Я тоже немножко разочарован, что это не идет по возрастающей, как ожидалось. Тем более я эти планы увидел впервые где-то в 2003 году. Я увидел план развития до 2050 года Европейского экономического сообщества. Переход на водородную экономику, на водородную энергетику. Реализация таких глобальных проектов, наверное, не может идти все время вперед. И бывает шаг вперед, два шага назад. Сейчас такой период, это еще связано очень сильно с политическими событиями. Например, взять Соединенные Штаты Америки, отношение администрации Трампа иное, нежели было у администрации Байдена, и это влияет на технологии.

Сейчас в пионера таких технологий превратился Китай. Но это все равно неуклонное развитие, которое от планов может отставать в какие-то моменты, наверное, может их опережать в какие-то моменты. Поэтому мы спокойно к этому относимся, считая, что это неизбежное будущее. И человечество, на мой взгляд, как ребенок в каком-то смысле. Чисти зубы, иначе у тебя они будут болеть. Но болеть они будут через 5 лет, и что я буду чистить зубы сейчас?

Есть проблема глобального потепления. Мы ее видим и понимаем, но мы спорим о его причинах, вкладе человека, надо ли нам на это реагировать, а может и не надо внедрять водород, а может… Это нормальные колебания, но то, что тематика будет продвигаться и реализовываться — это однозначно да. В России сейчас ситуация сложная, и понятно, что осталось какое-то время, чтобы эффективно использовать газ, нефтяные эти дела. И поэтому Россия тоже не спешит встать на путь водородных технологий, обладая такими ресурсами углеводородов. Но это неизбежно, на мой взгляд, и рано или поздно придется это развивать. Мы шутим у себя: наша технология все никак не превратится в мейнстрим, но зато она все время — светлое будущее человечества. Вот я примерно так отношусь к колебаниям в отношении водорода.

— Вы все-таки водородной каталитикой занимались не всегда. Пришли в Samsung, посмотрели, полюбили, начали этим заниматься активно. Расскажите о своем пути до этого. Как Вы в науку пришли? Почему химия? Почему катализ? И вот что было до того?

— Это такой простой и сложный путь одновременно. Будучи школьником, я попал в кружок «Юный химик» при Химическом факультете Южного федерального университета.

— Это было тогда в Ростовском государственном университете?

— Да, это было в Ростовском государственном университете. Родители сказали: пойди, химия может быть интересной. У меня сестра была химик, уже она была аспирантом на тот момент. Я пришел, написал какой-то экзаменационный листик, потом я понял, что я половину задачи решил неправильно. Но меня все равно в этот кружок взяли, наверное, остальные еще хуже решили. В этом кружке я увидел сильных, толковых ребят, которые разбираются в химии много лучше меня, и подумал, что мне тоже надо входить в эту когорту, не уступать им. Стал больше читать. Когда чем-то занимаешься, начинаешь понимать, разбираться, тебе нравится. Потом уже я стал юным химиком, победителем олимпиад, и уже как бы и выбора не было, куда идти. Пошел на химфак.

На химфаке я хорошо учился, на «отлично» — всего одна четверка за все время обучения у меня была случайно. И как-то в колхозе, «на помидорах», я познакомился с одним из преподавателей кафедры электрохимии. Я чем-то ему понравился, он позвал меня заниматься наукой к себе. Тогда в Ростове еще не было кафедры электрохимии — она появилась примерно в то время, когда я пришел туда: отпочковалась от кафедры физической химии под руководством Валентина Петровича Григорьева. Там работали выдающиеся люди и хотелось этому уровню соответствовать. Я старался быть хорошим исследователем, потом тоже естественным путем я попал в аспирантуру. Тогда был большой конкурс в аспирантуру, желающих было довольно много. Я поступил, учился в аспирантуре, и мой руководитель — Наум Маркович Гонтмахер — был очень хорошим организатором науки, но он интересно формулировал задачи — давал какую-то общую формулировку и говорил: работайте.

И мне пришлось работать самостоятельно. Бывает, аспирантам дают подробные планы исследования, ставят задачи, а тут получилось, что я сам должен многое придумывать.

Это было сложно, требовало много времени, но я стал учиться придумывать, сам ставить себе задачи. Закончил аспирантуру, через некоторое время защитился, еще спустя какое-то время я работал в НИИ ФОХ в нашем институте научным сотрудником, потом на кафедре инженером, потом появилось на кафедре место ассистента.

Тогда я занимался литиевой тематикой, электрохимическое внедрение лития в алюминий, другие металлы, такая интересная тема. Но всегда были проблемы с оборудованием, постановкой качественного эксперимента. В какое-то время появились проекты, где Валентин Петрович руководил, а я был ответственным исполнителем и фактически организовал работу. Появились сотрудники, появились первые аспиранты, но потом, в конце 90-х стало все печально, начало разрушаться.

И как раз в это время мне говорили: что ты там баклуши бьешь? А что делать? Грантов почти нет, в РФФИ мы начали гранты только получать… Говорят: напиши диссертацию сейчас, пока есть время. И я написал, защитил докторскую диссертацию, даже не зная для чего. И в этот момент появился Samsung и пригласил приехать, просто посмотреть, как они работают. Для меня это было так удивительно. «Вы меня приглашаете просто посмотреть? — Да, просто посмотреть». Я слетал туда, посмотрел, там все было классно… Думаю, поработаю, заодно с квартирным вопросом надо было что-то решать. И я там на год решил задержаться, а потом контракт продлили, и я задержался на три года. Но университет про меня не забывал, и я не забывал: было понимание, что вернусь.

И тут в 2005 году я узнаю, что создается Южный федеральный университет, и подумал: «Пора!»

Но было понятно, что вернуться и заниматься литиевой тематикой будет очень сложно, потому что это требует дорогостоящего оборудования, высококачественной лаборатории и так далее, чего здесь не было и в помине. А наша каталитическая тематика в том числе хороша тем, что ее можно начинать, двигаясь от простого к сложному.

Приехал, никто этой тематики здесь не знает, не понимает, сотрудников никаких нет. Позвал студентов химического факультета, предложил создать лабораторию. Показал красивые фотографии — еще никто не видел здесь фотографии наночастиц, которые сделаны в Samsung. Это все было красиво, видимо, вдохновляюще. Ко мне пришли очень хорошие студенты, и мы организовали первую на химическом факультете, реально студенческую лабораторию. Был некий энтузиазм у меня и у них. Мы могли работать без денег какое-то время. Потом мы начали получать гранты и большую часть тратили на оборудование.

Университет первоначально не особо помогал, присматривался. Потом появились какие-то гранты внутри университета, можно было купить оборудование немного. Мы выигрывали эти гранты тоже, и вот началось такое развитие-развитие, и пошло-поехало. И сейчас наш коллектив, я не знаю, как его назвать, наверное, так правильно, научно-образовательный центр в составе двух лабораторий. Это даже не кафедра. Но порядка 80% от внешнего грантового финансирования химического факультета — у нас.

— Насколько стало легче, можно было расшириться или что-то сделать хорошее, когда началась программа «Приоритет 2030»? Помогает вам?

— Мы присматривались какое-то время. Там появились стратегические проекты, и мы присматривались к этим проектам. Когда появилась возможность, подали заявку, и тоже в конкурсе выиграла наша лаборатория. Таким образом появилась вторая лаборатория в дополнение к первой. И сейчас в нашем коллективе все молодые — я один немножко порчу статистику, но поскольку они молодые, то лаборатория отличная, более 80% молодых ученых.

Юридически у нас две штатных лаборатории, порядка 24 сотрудников, включая студентов, у нас работают студенты на полставки лаборантами-исследователями. Уже восемь кандидатов наук, мои ученики позащищались. Их защитилось больше, но некоторые уходили, а эти остались. И только один остался из первого состава лаборатории.

— В нашем проекте мы рассказываем еще об истории ЮФУ. Что вы можете рассказать о своем учителе, Валентине Григорьеве.

— Валентин Петрович Григорьев — блестящий ученый. Очень известный ученый и организатор науки. Человек, который очень многое сумел. Мы не сразу понимаем, что важно не только быть таким человеком, который разбирается в фундаментальных основах науки, а создать коллектив, организовать его, задать какие-то тренды и направления. И Валентин Петрович был человеком, который создал третью в СССР кафедру электрохимии, которая появилась в Ростовском государственном университете.

Он был очень демократичным человеком. Это имело свои плюсы и минусы, потому что он позволял людям, когда он видел в людях потенциал, позволял им заниматься тем, чем они хотят. И я ему за это очень благодарен, потому что я со своей тематикой выпадал из кафедральной темы. Кафедра занималась в основном коррозией металлов, электроосаждением металлов. Были выдающиеся такие профессора, умницы, Экилик Владимир Викторович, Кузнецов Валерий Владимирович, они отдельные темы выполняли в рамках этой стратегической дороги. Но в какой-то момент стало ясно, что эта тема, тематика тоже устаревает. И Валентин Петрович стал спрашивать, куда дальше двигаться. В классической электрохимии уже все открыто — что делать дальше. Наверное, этот разговор был уже после того, как я из Кореи вернулся, а я уже там много послушал, включая лекции Нобелевских лауреатов, которые туда приглашались, посмотрел, чем занимается Samsung, и у меня было уже свое какое-то понимание.

И я предложил двигаться в сторону материалов. И нужно сказать честно, Валентин Петрович, он же был уже большой ученый, пожилой человек, ему сложно перестраиваться. Но он не сказал мне, давайте, Володя, вы будете заниматься коррозией, потому что у нас вся кафедра занимается коррозией. Он сказал: если хотите, давайте, занимайтесь этой тематикой. И я какие-то робкие попытки предпринимал, чтобы кафедру на этот путь сориентировать как-то. Но я был молод, а там работали корифеи, которые меня послушали, наверное, улыбнулись и сказали: ну-ну, давай копошись сам.

Пик развития кафедры и того, чем занимался Валентин Петрович, пришелся на конец 70-х, начало 80-х годов. Тогда это была очень интересная работа. Отсюда отпочковалось несколько прикладных тематик. До сих пор, например, успешно работает предприятие Инкормет, которое занимается ингибиторами коррозии для разных приложений.

Мы изменили тематику и сейчас оказалось, что эта тематика хороша, потому что она актуальна и мы продвинулись далеко, в научном сообществе наши работы хорошо принимают. И выпускники кафедры электрохимии 21го века, они увидели прикладной потенциал, пошли сюда. И это можно было при Валентине Петровиче, в силу его порядочности, демократизма - он позволял людям развиваться в тех направлениях, в которых они хотели развиваться.

Мне вот кажется, иногда люди понимают отношения «учитель-ученик» как в школе, что учитель научил тебя решать какие-то задачки, и ты стал крутым перцем, и теперь ты умеешь решать эти задачи. На самом деле все сложнее. То есть в жизни моей было много людей, и Валентин Петрович одно из первых мест занимает, среди тех, глядя на которых, я многому учился.

Но это не означает, что я учился у него именно каким-то формулам, как работать с ингибиторами коррозии и оценивать их эффективность, скорее общему подходу к делу, уровню интеллекта, умению решать какие-то задачи, умению взаимодействовать с людьми, организовывать работу. И наших профессоров замечательных, Экилика, Кузнецова, я их всех считаю своими учителями, хотя моей тематикой тогда на занимался никто.

Но я очень благодарен Валентину Петровичу, и, конечно, его роль в том, что мы серьезных результатов достигли, велика.

— А вы сами какой учитель для своих учеников?

— Ну это сложно, давайте конкретнее.

— Хорошо, модельная ситуация. Пришел к вам студент и говорит, я хочу заниматься наукой. Что вы ему говорите?

— Ну, смотрите. Вначале было сложно, потому что я, будучи таким молодым профессором, находился в пустой лаборатории, и не было ни одного сотрудника-помощника, чтобы помогать. И эти студенты, они еще ничего не знали, они только хотели знать. И приходилось заниматься с каждым, но то, что это была лаборатория, это помогало, потому что это были не только занятия с каждым конкретно. Мы постоянно проводили общие семинары, читали и обсуждали статьи, я находил что-то, рассказывал, ставил перед ними какие-то задачи, например, прочитать статьи и доложить всем. Мы это обсуждали, параллельно пытались ставить какие-то эксперименты. Среди этих студентов появились лидеры, которые стали помогать другим, поскольку они, работая руками, обсуждали какие-то вещи, и шло такое взаимообучение друг друга.

Чем хороша лаборатория — когда восемь толковых студентов работает — не надо каждого учить всему. Научил чему-то одного, он попробовал сам, еще больше улучшил навыки, и он помог научиться другим. Потом, когда они защитились, у меня уже появились помощники. Мы к тому времени и методические пособия издали по нашей тематике с помощью университета, и определенную приборную базу приобрели.

Если честно, то сейчас я со студентами много не занимаюсь. Я студентам рассказываю основные какие-то моменты, определяю задачи стратегически. У меня есть классные помощники, которые с ними работают прямо в лаборатории, учат их выполнять нужные эксперименты, я тоже участвую в какой-то части, в начальной скорее всего, вот ребята здесь мне кажется не так, здесь давайте вот это изменим, и потом я участвую в обсуждении результата. Они приходят, вот есть у нас свежеиспеченный кандидат, очень толковый парень, Кирилл Олегович Паперж, он приходит со студентом, и мы садимся, смотрим результаты и обсуждаем их.

Кирилл и сам очень толковый тоже, он нашего студента Илью учит, а мы с ними потом вместе пишем статьи и патенты. И вот как-то так происходит процесс, общие семинары у нас раз в месяц, мы собираемся, обсуждаем результаты, все слушают друг друга, задают вопросы. Студенты уже мотивированы, потому что это не просто по книжкам химию учить — сдал-забыл. Они знают, для чего это, интересуются, запоминают.

— Финальный вопрос. Я задаю его абсолютно всем ученым, с которыми беседовал. В каждой науке есть какие-то вещи, свои Эвересты, свои вершины. Самый простой пример в математике — задачи тысячелетия, которые еще не решены, неизвестно как решать. В вашей области, взять катализ целиком или катализ в водородных технологиях, есть ли какие-то задачи, к которым пока не понятно, как приступить, или которые люди пытаются решить, но пока не удается?

— Если брать нашу область, мне кажется, есть несколько сложных задач. Первая задача: все хотят уйти от драгоценных металлов в катализе. И мне пока кажется, что эта задача нереализуемая, но я исхожу из того, что я вижу из тех публикаций и из того общения с учеными, которые говорят, вроде получили хороший катализатор, попробовали его в мембранно-электродных блоках — работает очень плохо. Пока нельзя это сделать.

И поэтому пока мы пытаемся решать прикладные задачи, понимаем, что от платины нельзя уходить, в среднесрочной перспективе она незаменима.

Отсюда возникает второй, более узкий вопрос. Что можно выжать из этой платины? Она же дорогая, и хочется, чтобы платины было мало в катализаторе, но она была там суперэффективна, суперстабильна. И здесь очень много задач непонятных, еще нерешенных, с тем, как управлять этими наночастицами или, может быть, создавать так называемые атомные катализаторы, чтобы закрепленные атомы на поверхности носителя оказывали каталитическое действие на процессы. У нас есть какие-то материалы, где есть сочетание наночастиц и атомов, мы изучаем это, и при этом мы постоянно думаем, может быть, в отличие от других команд, что эта штука должна потом перейти в масштабируемую технологию.

И если мы видим, что это чисто лабораторный результат, это сильно снижает интерес. И тут есть нерешенные задачи, скажем, возможность выращивать нужные наночастицы по заказу.

Мы идем по этому пути, чтобы управлять всеми процессами, на которые влияет множество разных факторов. Есть такая штука, эффект бабочки. Ты чихнул рядом с реактором, и у тебя катализатор получился другой, понимаете? Кроме шуток. И мы должны понять, почему наше чихание влияет на свойства катализатора?

Мы идем по этому пути. Это такая первая большая задача. Или замечательный катализатор, мы получили у него хорошую структуру, высокие электрохимические характеристики в ячейке, но тут мы его помещаем в каталитический слой мембранно-электродного блока… и он работает как обычно.

Ну ты же был лучше других в три раза, в пять раз, зараза! Почему ты здесь работаешь вот так? Каталитический слой для нас до сих пор остается некой тайной. Это такая сложная структура, что заставить вытащить из катализатора все, на что он способен, когда он находится в этом каталитическом слое, очень сложно.

Там есть какие-то факторы, часть из которых мы понимаем, которые ограничивают действие этого катализатора. Условно говоря, вы очень быстро бегаете, и мы вам предлагаем пойти в гипермаркет и быстро купить продукты. Вы бегаете быстрее всех, но вы не можете быстрее всех купить продукты: вас на кассе затормозят, у прилавка какая-то может быть очередь. Ваша способность быстро бегать, она в этих условиях не работает, а мы должны создать такие условия, чтобы тот, кто быстро бегает, он мог быстро там все купить и принести сюда. Вот это метафора каталитического слоя, как получить его с оптимальными структурой, пористостью, распределением наночастиц платины, чтобы там была так называемая трехфазная зона, доступ кислорода, отвод воды и так далее. Это очень сложная задача, и мы тоже этим начали заниматься не очень давно и идем по этому пути вместе, можно сказать параллельно коллегам из Черноголовки, где Вы работаете, пытаемся двигаться.