Уголь. Энергетика и не только. Как кузбасским школьникам помогают сделать первый шаг в науку
У этой школы нет отдельного здания, а её учеником может стать любой кузбасский подросток 7-17 лет. Здесь нет привычных уроков-сорокапятиминуток и оценок, учителей называют наставниками, домашние задания трансформированы в проекты и опыты, над которыми можно работать целыми группами. При этом за первыми шагами в науку и результатами исследований учеников внимательно наблюдают и дают ценные рекомендации учёные – сотрудники научно-исследовательских институтов России и кузбасских вузов.
Проект родился
Проекту «ШКОЛЫ НОЦ» 30 апреля 2021 года исполнился год. Именно в этот день научно-образовательный центр «Кузбасс» в содружестве с Министерством образования и науки Кузбасса, региональными вузами и НИИ открыли необычную школу. Так родился проект «ШКОЛЫ НОЦ». Его цель – помочь ученикам средних и старших классов понять, что наука – это интересно, профессия учёного – перспективное направление для карьеры и жизни. Кроме этого, свежие идеи нестандартно мыслящих молодых учёных как воздух необходимы для развития экономики региона и страны.
Теоретические занятия и мастер-классы для участников проекта «ШКОЛЫ НОЦ» проводят эксперты, учёные и преподаватели вузов
Казалось бы, картошка
«Цифровая агрономия». Так называется первое направление проекта «ШКОЛЫ НОЦ». Да, в Кузбассе, угольном сердце России, развито и сельское хозяйство. Задача ближайшей перспективы – вывести его на новый уровень. Необходимы интересные идеи, нестандартные подходы, основанные на фундаментальных знаниях и самых передовых цифровых технологиях. Потрудиться над решением этой задачи должны молодые учёные. Сейчас они ещё школьники, и их самих, как самые ценные сорта агрокультур, важно «выращивать».
В 2020 году в образовательный трек НОЦа включились семь школ трёх кузбасских муниципальных округов. Сотрудники Кемеровского НИИ сельского хозяйства предоставили для первых научно-исследовательских работ будущих коллег картофель собственной селекции – «Кузнечанка».
Кроме «Кузнечанки», в проекте применяли семена, которые вырастили в НИИ фитопатологии (г. Белгород) в пробирках. Так будущий картофель получился «стерильным» в плане генетики, то есть не заражённым распространёнными болезнями картофеля, к примеру, фитофторозом.
Фитофтороз – болезнь растения, вызванная грибком семейства Phytophthora. Она похожа на эпидемию – растения буреют и загнивают на корню. Наиболее подвержены этой болезни картофель и томаты.
А дальше начались теория, практика, лабораторные исследования и полевые испытания на приусадебных участках. Как говорится, всё по-взрослому!
Ребята вместе с учителями-биологами изучали способы борьбы с болезнями картофеля, пробовали составлять научно обоснованные адаптивные программы защиты сельхозкультуры от фитофтороза и альтернариоза.
Чтобы опыты и этапы обработки были своевременными с точки зрения погодных явлений, использовались метеостанции, установленные в двух школах. Доступ к цифровой платформе оборудования школьникам предоставила Кузбасская ГСХА.
Школьники вместе с наставниками учились составлять научно обоснованные адаптивные программы защиты сельхозкультуры
«Метеостанция «Сокол-М» миниатюрная, но очень точная. Мы следили за температурой, влажностью, скоростью и направлением ветра. Получилось так, что каждое утро у нас в школе начинается с передачи данных о погоде.
А ещё я научилась выполнять лабораторные исследования, теперь могу сама выявить источники фитофтороза в почве», – Виктория Исаева, участница проекта «Цифровая агрономия».
Именно это – получение знаний, опыта, – было самым ценным приобретением школьников-участников этого проекта. Кроме урожая картофеля, собранного в сентябре, наград от НОЦ «Кузбасс», плодом почти полугодовой работы стала сложившаяся команда. И этот «урожай» нашел отражение в виртуальном пространстве, он помогал ученикам «ШКОЛЫ НОЦ» разных территорий Кузбасса обмениваться опытом, знаниями и наблюдениями. Ресурс «Агрокузня» (http://агрокузня.рф/) создали школьники Новопестерёвской школы Гурьевского района. Помогал ребятам Дмитрий Диденко, руководитель направления «ГИС для бизнеса» компании «ЦентрПрограммСистем» (г. Белгород). Площадка стала урожайным «полем» для общения и дружбы. Этой весной открылся второй сезон «Цифровой агрономии». В 2021 году в проекте уже 8 школ трёх кузбасских муниципальных округов. 300 участников будут осваивать современную агрономию. 500 килограммов суперэлитного сорта «Танай» уже высажено. Работа продолжается.
Число участников проекта растёт. В новом сезоне к нему присоединилась ещё одна школа
И всё же – индустриальный!
Именно научно-производственный инженерный кейс проекта «ШКОЛЫ НОЦ» на сегодняшний день набрал наибольшее количество участников. И это вполне ожидаемо, у большинства кузбассовцев в крови особое отношение к инженерным наукам. 300 лет на этой земле добывают уголь, руду, драгоценные металлы. «Инженерная лига Кузбасса» стала вторым направлением проекта «ШКОЛЫ НОЦ». Первый кейс – «Зелёная энергия Кузбасса».
За решение вполне конкретной сложной задачи взялись 30 команд, более 100 школьников. Организаторы – Кузбасский государственный технический университет и АНО «Научно-образовательный центр «Кузбасс», при поддержке регионального Министерства образования и науки – предложили школьникам представить своё видение масштабного проекта: завершение строительства Крапивинской ГЭС.
Крапивинская ГЭС:
1970 год – разработка проекта,
1979 год – начало строительства,
1989 год – остановка строительства,
2020 год – подписание соглашения между ПАО «РусГидро» и Правительством Кузбасса о сотрудничестве по проекту завершения строительства Крапивинской ГЭС.
Этот вопрос в Кузбассе сейчас рассматривает Правительство региона, ведущие учёные, инженеры, экологи, общественность. Однозначный ответ пока не найден. Тем интереснее была поставленная перед школьниками задачка. Кейс для юных инженеров стал возможностью оформить собственные идеи, почувствовать себя в роли авторов уникального проекта. Ограничений – ноль, свободный полёт творческой мысли.
Проектным командам проекта «ШКОЛЫ НОЦ» предложили подойти к решению задания комплексно: рассмотреть технические, экологические и социальные аспекты строительства гидроэлектростанции.
Чтобы приступить к работе, было важно познакомиться с действующей энергетической системой региона. Взвесить «плюсы» и «минусы», которые станут итогом реализованного проекта. Интересен тот факт, что подобного инженерного объекта на территории Кемеровской области прежде никогда не было и до сегодняшнего дня пока нет.
В решении первого кейса – «Зелёная энергия Кузбасса» – приняли участие 30 команд (более 100 участников) 8 территорий региона. А в финал вышли 11 команд. Причём результаты участников по баллам разнились буквально на десятые и сотые доли.
В решении первого кейса – «Зелёная энергия Кузбасса» – приняли участие 30 команд (более 100 участников) из 8 территорий региона
«Большинство команд решили, что этот проект важно реализовать. Этот дополнительный источник электроэнергии поможет развитию в Кузбассе химической, металлургической промышленности. Но увидели в Крапивинской ГЭС они не только важный объект энергосистемы. Команды предположили, что гидроэлектростанция поможет развивать транспортную систему региона, туризм и даже поможет решить проблему с накоплением твёрдых бытовых отходов», – отметил Константин Ушаков, один из авторов кейса, старший преподаватель кафедры теплоэнергетики КузГТУ им. Т.Ф. Горбачёва.
Одна из идей: дамба ГЭС может стать частью трассы, соединяющей Кузбасс и Красноярский край, при этом возводить мост через реку Томь в районе Крапивинского не придётся.
Кроме этого, масштабный гидротехнический объект, по мнению участников кейсового турнира проекта «ШКОЛЫ НОЦ», обязательно будет притягателен для туристов. Так у индустриального региона появится ещё одна яркая достопримечательность, новый туристический маршрут. В ходе 1000-дневной подготовки к празднованию 300-летия с начала промышленного освоения Кузбасса историки, краеведы, общественники продолжают работать над созданием новых исторических маршрутов для туристов.
Ещё одна из идей в продолжение туристической темы: создание зоны пляжного отдыха. Возведение ГЭС предполагает строительство масштабного гидрообъекта – водохранилища. С одной стороны, оно будет решать важнейшую задачу по обеспечению этой территории качественной питьевой водой, с другой – появится дополнительная зона для отдыха.
Из негативных последствий школьники рассматривали нарушения, которые может принести с собой затопление территорий: изменится экосистема реки, это обстоятельство негативно отразится на флоре и фауне.
При этом строительство нового объекта энергосистемы Кузбасса – это новые мощности для запуска и ввода в эксплуатацию современного мусороперерабатывающего предприятия, которое будет работать по современным экологическим стандартам. При этом производственных мощностей будет достаточно для того, чтобы утилизировать мусор из Кемерова и Новокузнецка.
По предварительным оценкам, стоимость завершения строительства ГЭС составит 45 миллиардов рублей. Мощность ГЭС составит 345 МВт. Будет создано водохранилище длиной 135 километров, шириной 15 километров, средней глубиной 15 метров и глубиной до 57 метров.
Над решением кейсов школьники под руководством своих педагогов-наставников работали около 1,5 месяцев. В итоге экспертная комиссия пригласила к онлайн-защите 11 команд, которые представили наиболее яркие и глубоко проработанные идеи. Наибольшее количество баллов по итогам онлайн-защиты конкурсных проектов набрали команды «Сибирские аналитики» (3 место, г. Междуреченск), «Квазар» (2 место, г. Киселёвск), «Железные кадры» (1 место, г. Кемерово). Победителям и призёрам вручены дипломы и ценные подарки.
Уголь – топливо, уголь как сырьё
Серьёзный, многогранный актуальный вопрос для угольного региона стал темой для второго кейса «Инженерной лиги Кузбасса». Основа экономики Кемеровской области – уголь, его добыча и переработка. Именно его используют здесь для выработки тепловой и электрической энергии.
Запасы кузбасского угля колоссальны. По последним подсчётам при современных темпах добычи его хватит более чем 180 лет. При этом разведанные запасы газа и нефти могут исчерпаться примерно за полвека.
Кейс «Зелёная технология Кузбасса» предлагает школьникам-старшеклассникам рассмотреть вопрос добычи угля, его переработки, с учётом Парижского соглашения, предусматривающего сокращение вредных выбросов в атмосферу, в том числе угарного газа, который образуется при сжигании угля. Но самое главное, ребятам важно было предложить новые направления применения «чёрного кузбасского золота», точнее, расширения спектра продукции, получаемой из угля.
«Задание непростое. Фактически школьники должны были дать собственную оценку маркам угля Кузнецкого каменноугольного бассейна с точки зрения развития углехимического кластера в регионе. Выбрать технологию его переработки. Продумать полноценную технологическую цепочку: «добыча-переработка-продажа». Также ребята должны были предложить свою идею утилизации золошлаковых отходов», – пояснил один из экспертов конкурса Евгений Дугинов, заместитель директора по образовательным проектам АНО «Научно-образовательный центр «Кузбасс».
За решение задачи взялись 56 команд (54 команды из Кузбасса, 2 команды из соседнего региона – Республики Хакасия).
Школьники предложили три основных направления нового применения угля:
• получение сорбентов и других видов продукции;
• газификация угля;
• ожижение угля.
Ещё один обязательный пункт кейса – утилизация золошлаковых отходов.
Работа шла в течение нескольких недель. Кураторы проекта, эксперты КузГТУ и научно-образовательного центра «Кузбасс», проводили мастер-классы, которые помогли школьникам сориентироваться в теме, над которой трудятся ведущие учёные Кузбасса.
Изучение свойств и характеристик кузбасских углей – необходимое условие для того, чтобы предложить новые способы и технологии его применения
К финальной защите проектов было допущено 11 самых сильных проектов. 4 команды одержали победу.
Третье место поделили сразу две команды. Представители Центра детского научного инженерно-технического творчества из Киселёвска рассмотрели возможность получения из угля сорбентов. Эти вещества применяют в пищевой, топливно-энергетической, горно-металлургической промышленностях, машиностроении.
«Мы считаем это направление наиболее перспективным. Сорбенты необходимы для улавливания различных примесей, газов и вредных веществ. К примеру, для очистки воды. На мировом рынке такая продукция не просто востребована, она в дефиците. Причём потребность в сорбентах растёт. В России отечественные производители покрывают лишь 20% рынка. Остальные сорбенты предприятия закупают за рубежом. Приведу две цифры: стоимость 1 тонны угля, из которого можно получить сорбенты, – 1,2 тысяч рублей. А стоимость 1 тонны сорбента начинается от 60 тысяч рублей», – рассказал Матвей Папиш (капитан киселёвской команды).
Ещё одна команда, занявшая по итогам решения кейса третье место, – из Новокузнецка. «Углеведы» (команда гимназии № 44) рассмотрели пути переработки бурых углей. Проект ребят касался вопроса ожижения угля.
«Наша идея состояла в том, чтобы построить в Кузбассе завод, который бы перерабатывал бурые угли для получения важного компонента, связующей основы для производства гласасфальта. Это дорожное покрытие нового поколения. Его основные характеристики: высокая надёжность и долговечность, высокая степень сцепления с колёсами автомобилей, а его светоотражающий эффект делает его более безопасным при движении машин в ночное время», – пояснил Александр Харин (капитан команды «Углеведы»).
Вторая задача, которую по задумке ребят будет решать их завод, – утилизация твёрдых бытовых отходов.
«Серебряные» призёры кейса, кемеровская команда «Будущее Кузбасса», сконцентрировала своё внимание на идее переработки отходов коксохимического производства. Ребята предложили производить игольчатый кокс. Это дорогостоящая продукция, сейчас его получают из нефти, но можно получать из угля.
«Игольчатый кокс необходим для выпуска графитовых электродов. Такие электроды выдерживают высокую силу тока, это положительно сказывается на качестве сварки. А ещё они долговечные, стойкие к агрессивным факторам воздействия, не окисляются. Также в нашем проекте мы предложили способ утилизации золошлаковых отходов. В Кузбассе ежегодно образуется после сжигания угля 2,3 млн тонн золы. А ведь из неё можно извлекать редкоземельные элементы: скандий, иттрий, лантан, церий и другие», – отметил Глеб Бесхлебный (капитан команды «Будущее Кузбасса»).
Стоит отметить, что свои идеи школьники предложили конкретным предприятиям. ПАО «Кокс» может рассмотреть возможность получения игольчатого кокса, а Сибирская генерирующая компания (СГК) может задуматься об идее извлечения из золы редкоземельных элементов.
Команда, ставшая победителем кейса «Зелёная технология Кузбасса» – учащиеся гимназии № 25 (г. Кемерово), предложила ожижение угля. Цель – получение сырья, по своим свойствам схожего с нефтью.
«Из угля можно получать жидкое топливо: бензин, керосин. Возможно, что за синтетическим топливом будущее. Почему? Нефти и газа в недрах намного меньше, чем угля. Поэтому за производством такого топлива будущее. Пока экономически выгоднее производить, к примеру, бензин, из нефти. Но за глубокой переработкой угля – будущее, и оно наступит достаточно скоро», – уверен Дмитрий Креслов (капитан команды «ВОП», г. Кемерово).
«Инженерная лига Кузбасса» – это совершенно новый взгляд на обыденную задачу по обучению. Участники показали достаточно высокий уровень для своих возрастных групп. И думаю, что это сильно расширило их компетенции относительно сверстников. Судить об этом можно исходя из представленных решений, разнообразие которых приятно удивило. Разумеется, всё не так гладко, решениям не хватает глубины проработки, и общее понимание отрасли и дисциплин не соответствует формату кейс-турнира. Но стоит помнить, что ребята молоды и у них всё впереди», – дал оценку работе команд Александр Денисов, специалист отдела сопровождения торговли мощностью и работы с нормативной базой ОРЭМ компании СГК.
«Экологическая составляющая была в каждом проекте финалистов. Это очень важно для нашего региона. Я лично хотел бы отметить две команды: «Квазар» и «Будущее Кузбасса». Эти ребята предложили схемы, которые уже применимы в области углехимии. А сам проект «Инженерная лига Кузбасса» получается очень интересным, важно его развивать», – прокомментировал Александр Богомолов, заведующий кафедрой теплоэнергетики КузГТУ, доктор технических наук, эксперт проекта.
Мастер-классы помогли участникам «Инженерной лиги Кузбасса» глубже проработать задание
В 2021 году в рамках образовательного проекта «ШКОЛЫ НОЦ» планируется ещё один кейс, пока новые технические задания, которые будут интересны ребятам для развития творческой и инженерной мысли, в разработке у лучших экспертов.
