PNIPU

Современное сельское хозяйство сталкивается с множеством проблем: истощение почв, загрязнение окружающей среды и необходимость повышения урожайности для растущего населения. Эти проблемы могут решить биоорганические удобрения: они сочетают в себе природные компоненты и полезные микроорганизмы, что делает их экологически чистыми. Ученые Пермского Политеха разработали инновационное биоорганическое удобрение на основе бактерий сенной палочки, гуминовых кислот и кобальта. Благодаря новому составу оно не только безопасно для окружающей среды, но также способно значительно повысить урожайность сельскохозяйственных культур: в условиях эксперимента оно обеспечило максимальный прирост массы редиса на 22,64%.

Статья опубликована в журнале «Химия. Экология. Урбанистка», том 1, 2025. Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Традиционно в сельском хозяйстве для выращивания растений используют химические удобрения из солей и минералов. Они поставляют требуемые для роста питательные вещества. Однако при накоплении в почве и воде такие удобрения могут вызывать загрязнение и токсический эффект для растений, возможно засоление почвы и повышение содержания в ней вредных примесей. Все это ухудшает качество земли, а, следовательно, и того, что на ней вырастает.

Эти проблемы могут решить биоорганические удобрения: они сочетают в себе природные компоненты и полезные микроорганизмы, что делает их экологически чистыми. Биоудобрения производят с использованием специально выращенных бактерий, которых сочетают с органическими и минеральными компонентами. В составе также есть витамины и аминокислоты – они поддерживают жизнедеятельность почвенных бактерий и дополнительно стимулируют рост растений.

Ученые Пермского Политеха разработали биоорганическое удобрение нового состава на основе гуминовых кислот, добываемых из торфа, ионов кобальта (II) и культуры полезных бактерий сенной палочки (Bacillus subtilis). Оно улучшает рост растений и повышает усвоение ими питательных микроэлементов.

Бактерия Bacillus subtilis давно используется в биотехнологии и сельском хозяйстве благодаря своим уникальным свойствам. Она способна подавлять развитие патогенных микроорганизмов и улучшать структуру почвы.

— Гуминовые кислоты — это природные соединения, образующиеся при разложении растительных остатков и других органических материалов. Они улучшают структуру почвы, повышают ее плодородие и способность удерживать воду. Кобальт же является важным микроэлементом, который участвует в синтезе витаминов, работе ферментов и положительно влияет на продуктивность растений. Особенно он ценен при производстве кормовых культур, поскольку его недостаток в почве может привести к дефициту этого элемента в организме животных, — поясняет Ольга Кривощекова, студентка кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ.

Ученые выделили гуминовые кислоты из торфа, а бактерии Bacillus subtilis — из сена. Затем они провели серию экспериментов, чтобы изучить, как компоненты комплексного удобрения взаимодействуют друг с другом и влияют на рост сенной палочки. Исследователи добавляли в питательную среду для выращивания микроорганизмов ионы кобальта (25 мг/л), гуминовые кислоты (1 г/л) и их комбинацию.

— Результаты показали, что кобальт ускоряет рост бактерий: удельная скорость с ним составила 0,113 ч⁻¹, тогда как без него — только 0,078 ч⁻¹. При этом в средах, содержащих гуминовые кислоты, активное увеличение количества микроорганизмов наблюдалось вне зависимости от наличия кобальта. Это подтвердило, что оба компонента можно успешно использовать в составе удобрения, – рассказывает Анна Портнова, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат химических наук.

Эксперимент с выращиванием редиса показал, что комплексный препарат политехников обеспечивает максимальный прирост массы корнеплода на 22,64% по сравнению с контрольным опытом без удобрения.

В будущем политехники планируют детально описать все этапы изготовления предлагаемого продукта и определить затраты на сырье, материалы и оборудование. После этого он будет готов к запуску в производство и продажи.

Разработка ученых Пермского Политеха открывает новые возможности для устойчивого развития сельского хозяйства. В отличие от традиционных минеральных удобрений, новый препарат основан на натуральных компонентах и не загрязняет землю и воду. Гуминовые кислоты восстанавливают структуру и плодородие истощенных земель, бактерии сенной палочки оказывают защитный эффект, а ионы кобальта стимулируют рост растений – все вместе это повышает качество почв и их урожайность.

В промышленности для охлаждения различных газов и жидкостей (воды, масел и растворов) до оптимальных температур применяют специальный аппарат, работающий за счет обдува воздухом. Особенно это востребовано при переработке сырой нефти, где такая система помогает поддерживать необходимые температуры и обеспечивать стабильную работу всего оборудования. Однако с каждым годом требования к выходу готовой нефтяной продукции растут, из-за чего нагрузка на аппарат воздушного охлаждения увеличивается. Ученые Пермского Политеха предложили способ модернизации конструкции, который улучшает процесс теплообмена на 17%. Идея позволяет снизить энергозатраты и адаптировать оборудование к возросшим производственным нагрузкам.

Статья опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика», том 3, 2025. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Основной элемент аппарата воздушного охлаждения – это оребренные трубки, через которые проходит горячая жидкость. Вентиляторы создают поток воздуха и прогоняют его через ребра, тем самым забирая основное тепло. После чего охлажденное вещество возвращается обратно. Такая система позволяет снизить температуру нефтяного сырья до 5-50 градусов.

В стандартной конструкции аппарата трубы оснащены гладкими ребрами, которые расположены по всей длине и выполняют главную теплообменную функцию. Однако даже самое сильное оребрение труб не отличается достаточным коэффициентом теплоотдачи, обычно не превышающим 90 Вт/м2.

Ученые Пермского Политеха выяснили, что повысить теплоотдачу и скорость охлаждающего воздуха возможно за счет модернизации формы ребер. Политехники предложили использовать лепестковые охлаждающие элементы, выполненные в виде пространственной спирали с углом наклона 10 градусов.

Технологию исследовали на теоретически смоделированном аппарате воздушного охлаждения ЕС-101, установленном на оборудовании гидрокрекинга (процесса интенсивной очистки нефти). Сначала ученые рассчитали теплоотдачу на действующей конструкции с гладкими ребрами, она составила всего 64,6 Вт/м2, что недостаточно для текущих технологических требований. После их заменили на трубы с лепестковым оребрением и провели перерасчет.

– Наше решение выполнить ребра в виде спиралей позволяет сохранить рифление поверхности трубок, увеличивая площадь контакта теплоносителя с окружающей средой, а также создает турбулентный режим течения воздуха вдоль оси труб, тем самым повышая интенсивность теплообмена. Моделирование такого исполнения показало увеличение значений параметров теплоотдачи 17%, по сравнению с первоначальными. Это говорит об эффективности нашей идеи, – поделился Евгений Шестаков, старший преподаватель кафедры «Оборудование и автоматизация химических производств» ПНИПУ.

Улучшения, предложенные учеными Пермского Политеха, позволяют увеличить эффективность охлаждения продукта и приблизить работу аппарата к требуемым технологическим параметрам. Так внедрение особой лепестковой формы оребрения представляет собой перспективное решение для повышения производительности работы оборудования на нефтеперерабатывающих предприятиях.

Эпителиальная ткань покрывает поверхности органов тела, защищая их от внешних воздействий. Для того, чтобы сохранить свою целостность при порезах, ссадинах и воспалительных процессах, ее клетки умеют менять форму и перестраиваться относительно друг друга – это играет важную роль в заживлении ран. Этот же механизм задействован в развитии рака, когда клетки начинают бесконтрольно делиться, тем самым образуя опухоли, и перемещаться, распространяя болезнь в другие органы. Согласно статистике ВОЗ, в 2022 г. во всем мире было зарегистрировано 20 млн новых случаев рака, а к 2050 г. эта цифра вырастет на 77% и достигнет 35 млн Поэтому изучение этих процессов является важным направлением исследований. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая позволяет подробно рассмотреть, как именно клетки эпителия перестраиваются под воздействием механических нагрузок.

Статья опубликована в «Российском журнале биомеханики», Т. 29, № 1, 2025. Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 23-71-01020.

Эпителиальные ткани постоянно подвергаются механическим воздействиям – растяжению или сжатию при ссадинах, порезах и воспалительных процессах. Для того, чтобы сохранить целостность и функциональность, тканевые элементы способны перестраиваться – этот процесс, который называется переупаковкой, помогает покровам восстанавливаться после повреждений, адаптироваться к изменениям. Работает это так: клетки меняют форму и расположение, чтобы равномерно распределить нагрузку, но остаются прочно связанны друг с другом благодаря специальным контактам – десмосомам. При повреждении кожного покрова (например, порезе) клетки на краю раны растягиваются, делятся и замещают погибшие, быстро восстанавливая защитный барьер. Так переупаковка играет ключевую роль в заживлении кожи.

Этот процесс также задействован в развитии рака. В здоровых тканях перестройка происходит аккуратно, но при онкологических заболеваниях этот механизм «ломается»: биологические элементы теряют связь с соседями и начинают бесконтрольно делиться, а вместо упорядоченной структуры образуется хаотичная масса – опухоль. Впоследствии она начинает пускать метастазы – это процесс, когда раковые клетки отделяются от своих «соседей», становятся подвижными и проникают в другие органы.

Международные исследования переупаковки сосредоточены на том, как клетки меняют свою форму и расположение во время роста органов и как взаимодействуют между собой, однако до сих пор многие аспекты остаются неясными из-за сложности биологических процессов. В живых организмах сложно следить за каждым этапом этого механизма в реальном времени, поскольку они могут быть скрыты глубоко внутри тканей. В условиях эксперимента же воспроизвести этот процесс трудно из-за необходимости контролировать очень много факторов. Клетки могут переупаковываться по-разному в зависимости от нагрузки, формы ткани и химических сигналов, поэтому предугадать результат процесса достаточно сложно.

Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая воспроизводит переупаковку и позволяет предсказывать, как клетки будут реагировать на различные внешние факторы.

Существующие модели не учитывают изменение формы и углов клеток, химические сигналы между ними, а также плохо адаптируются к разным типам тканей – иными словами, они слишком упрощены. Разработка политехников, напротив, принимает во внимание эти параметры, что делает ее точной и позволяет применять в исследованиях разных типов эпителиальных покровов.

— Мы использовали усовершенствованную вершинную модель, которая описывает клетки как многоугольники, соединенные между собой вершинами (точками) и способные изменять свою форму и размеры в зависимости от взаимодействия с соседями. Это совокупность уравнений, которые позволяют рассчитать эластичность биологических элементов, механические силы, которые на них действуют – например, растяжение ткани, – и химические сигналы, которыми они обмениваются, — рассказывает Максим Бузмаков, младший научный сотрудник кафедры «Прикладная физика» ПНИПУ.

Моделирование позволило получить наглядные данные о том, как в процессе переупаковки меняется форма клеток, их расположение и уровень энергии. Кроме того, авторы пронаблюдали, как они перемещаются внутри эпителия.

— Особое внимание стоит уделить интеркаляции — так называется способность тканевых элементов менять свое положение относительно соседей. Мы исследовали большой ряд значений этого параметра. Было установлено его самое оптимальное значение (dint = 0,40), при котором достигается наиболее устойчивое состояние эпителия, то есть ткань ведет себя наиболее естественно и устойчиво, как в здоровом организме, – поясняет Иван Красняков, доцент, научный сотрудник кафедры «Прикладная физика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

Модель ученых Пермского Политеха показывает, как клетки кожи или слизистых оболочек перемещаются и перестраиваются при повреждении. Она уже прошла апробацию на данных клинических исследований, доступных в литературе. Благодаря ей можно предсказывать, как будет вести себя ткань при различных воздействиях — например, во время хирургического вмешательства или ношения протезов. Это может помочь в разработке новых методов ускорения заживления и восстановления тканей. Разработанная модель универсальна, что позволяет применять ее для широкого круга биологических исследований – в частности, для изучения того, как раковые клетки теряют связь с соседями и начинают мигрировать по организму. Это важно для исследования механизмов развития онкологических заболеваний, в чем ученые и видят дальнейшие перспективы своего исследования.

В современном мире грамотное управление финансами предприятия — залог его успеха и стабильности. Их анализ помогает выявлять проблемы, корректировать стратегию и привлекать инвесторов. Бизнес, который не занимается оценкой своей финансовой эффективности, работает в убыток. По данным опроса, опубликованного РБК, 72% российских компаний сталкивались с денежными потерями, которых можно было бы избежать при наличии более качественной аналитики данных. Ученые Пермского Политеха разработали компьютерную программу, которая автоматизирует и ускоряет анализ финансовой эффективности предприятия.

На программу выдано свидетельство № 2025660144. Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Финансовая эффективность — это ключевой индикатор успешности бизнеса, который показывает, насколько рационально компания использует свои ресурсы для получения прибыли. Иными словами, чем меньше затрат и чем больше результаты, тем эффективнее работает компания. Регулярный анализ этого показателя помогает бизнесу выявлять проблемы (например, снижение рентабельности, рост долгов, замедление оборачиваемости) и своевременно их корректировать, определять направления развития и оптимизировать затраты. Инвесторы и банки также оценивают компанию именно по финансовым показателям.

Существующие методы анализа дают разностороннюю оценку предприятия, но требуют ручных расчетов, что значительно замедляет работу специалистов. Кроме того, для учета и анализа деятельности промышленных предприятий изобретено более тысячи технико-экономических и финансовых показателей. По этим причинам большинство компаний совсем не занимаются расчетом того, насколько выгодна та или иная бизнес-стратегия – это слишком долго и сложно. Зачастую они ориентируются только на бухгалтерскую прибыль, но этого недостаточно для оценки рентабельности бизнеса.

Если же специалисты все-таки проводят анализ финансовой эффективности, то большинство показателей рассматриваются изолированно, без учета их взаимосвязи и влияния внешних факторов – цены на сырье, энергоресурсов, состояния дебиторско-кредиторской задолженности и так далее. Такой подход мешает грамотно оценить наиболее выгодную стратегию развития компании.

Ученые Пермского Политеха разработали компьютерную программу «Коэффициент финансовой эффективности» (КЭФФи), которая предлагает более простой и комплексный подход к расчетам. Она объединяет ключевые аспекты деятельности компании в единый показатель и предназначена для быстрой и точной оценки и облегчит работу экономистов.

Традиционные методы требуют сложных расчетов с учетом слишком большого числа показателей. Программа политехников сосредотачивается только на тех, которые отражают именно эффективность финансовой стратегии, то есть то, какой ценой была достигнута та или иная прибыль и адекватно ли соотношение затрат и результата. Кроме того, программа учитывает внешние факторы, что делает анализ более точным.

— Расчет КЭФФи основан на простой формуле: отношение полезных результатов к затратам. Пользователь вручную вводит в программу ключевые данные, достаточные для оценки эффективности: выручку, переменные затраты, стоимость запасов, а также дебиторскую и кредиторскую задолженность. Некоторые показатели – например, переменные затраты, – расписываются более подробно. В итоге пользователь получает коэффициент финансовой эффективности – он показывает, насколько рационально предприятие использует свои ресурсы. Чем он выше, тем продуктивнее работает бизнес, – комментирует Галина Тимофеева, доцент кафедры «Экономика и управление промышленным производством» ПНИПУ, кандидат экономических наук.

С помощью этого ПО можно выбирать наиболее эффективную бизнес-стратегию. Например, для одного из предприятий Пермского края политехниками были рассчитаны три варианта развития с разными затратами, стоимостью продукции, кредиторской задолженности и выручкой. По каждому сценарию КЭФФи выдала свой коэффициент финансовой эффективности: 0.27, 1.52 и 1.25. Как видно, самый высокий показатель оказался у второй стратегии – следовательно, именно она является самой выгодной и перспективной. В экономике это называется «кормилец ликвидности» – направление развития компании, способное приносить стабильный денежный поток и укреплять финансовое положение. Так КЭФФи может использоваться не только для анализа текущей деятельности предприятий, но и для стратегического и оперативного планирования и оценки внедряемых проектов.

Автоматизация расчетов с помощью программы ученых Пермского Политеха позволяет предприятиям быстрее реагировать на изменения и принимать обоснованные управленческие решения. В будущем программа может быть интегрирована в системы управления производством, что еще больше упростит сбор данных и анализ. Она полезна при разработке бизнес-стратегий, оценке инвестиционных проектов, формировании планов предприятия. Внедрение КЭФФи может значительно повысить эффективность управления и помочь компаниям достигать новых высот в условиях современной экономики.