Навряд чи ми можемо уявити собі світ без електроенергії та звичних для нас речей. Проте ресурси нашої планети виснажуються, і через роки про вугілля як джерело енергії діти дізнаватимуться хіба що з уроків історії. Тому винайдення сучасних технологій генерації та збереження електроенергії є надзвичайно важливим для нашого майбутнього. Одним із молодих науковців, які працюють над перспективними матеріалами для енергетики й екології, є Віталій Ващинський — кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри загальної фізики Львівської політехніки, лауреат Премії Президента України для молодих учених 2025 року за роботу «Пористі вуглецеві матеріали для пристроїв генерації електричної енергії та сорбційних технологій».

— Пане Віталію, можете розповісти трохи про себе?

— Працюю на кафедрі вже близько чотирьох років. До того мав досвід роботи в інших закладах освіти. Загалом свою трудову діяльність я починав тут, у Львові, в школі, тобто пройшов фактично всі етапи: школа, коледж, університет.

Якщо говорити про наукову діяльність, я проводжу дослідження нових, сучасних та ефективних вуглецевих матеріалів, які застосовуються в різноманітних пристроях для генерації та накопичення електричної енергії — зокрема у високопотужних накопичувачах, так званих суперконденсаторах, як ми їх називаємо в електроніці. Крім того, останніми роками, особливо після завершення аспірантури, досліджую властивості цих матеріалів з погляду їхньої сорбційної здатності — тобто наскільки ефективно вони можуть поглинати шкідливі речовини, барвники тощо. Так я поступово розширюю межі своєї наукової діяльності в напрямі екологічних застосувань і сучасних сорбційних технологій.

Як доцент кафедри я також працюю зі студентами різних спеціальностей: будівництва, кібербезпеки, комп’ютерних технологій. Стараюся навчати їх фізики так, щоб цей предмет був для них цікавим і зрозумілим: використовую презентації, демонстрації, відео, показую приклади застосування фізичних законів та явищ на лабораторних роботах. Хочу, щоб студенти ніколи не відчували байдужості з боку викладача. Іноді після заняття навіть важко дихати — так багато я хочу їм пояснити й передати за цей короткий час.

— Чому ви взагалі обрали саме цей шлях і цей напрям досліджень?

— Насправді спочатку я зовсім не планував працювати у сфері фізики чи провадити наукову діяльність. Але так склалося, що протягом п’яти років навчання в університеті (я навчався у Прикарпатському національному університеті імені Василя Стефаника на фізико-технічному факультеті) мені все давалося досить легко, і вже на четвертому курсі я почав робити свої перші кроки в науці.

У мене був чудовий науковий керівник — Богдан Остафійчук, який прищепив мені любов до науки. В аспірантурі я вже поєднував навчання, наукову роботу та участь у різних проєктах. Один із цих проєктів якраз був пов’язаний із дослідженням сучасних накопичувачів електричної енергії. Думаю, що правильне оточення і менторство людей, які давно працювали в цій сфері, відіграли ключову роль у формуванні мого наукового шляху.

Відтоді минуло вже понад десять років, і я працюю в цьому напрямі з не меншою мотивацією та зацікавленням.

— Що для вас означає здобуття Премії Президента України для молодих учених?

— Я цілеспрямовано йшов до цієї премії. Можливо, це звучить не дуже скромно, але я справді сподівався її здобути. Хотів показати, що наш університет посідає достойне місце в науковій спільноті. Робив усе можливе, щоб гідно представити наш заклад і продемонструвати світові результати своєї праці. Багато позитивних відгуків на мою наукову роботу від науковців провідних українських та світових установ підтвердили правильність і перспективність обраної тематики. Тому ця премія Президента лише переконала мене, що напрям досліджень обраний правильно.

— Можете докладніше розповісти про свою наукову роботу?

— Значна частина результатів уже була опублікована під час моєї роботи в університеті. Ці публікації стосуються джерел живлення, їхніх електрохімічних і сорбційних властивостей, а також питомо енергетичних характеристик суперконденсаторів. Я постарався об’єднати всі ці аспекти в єдину комплексну тему, хоча для вузьких спеціалістів це могли б бути два окремі напрями. Проте сьогодні інтегровані наукові підходи є дуже актуальними, і я намагався саме так подати свою роботу.

Дослідження виконані з використанням великої кількості різноманітних методів. Частину з них я проводив за кордоном — у цьому мені допомагали колеги. Багато експериментів виконано й у наших лабораторіях: це і вивчення електрохімічних характеристик, і аналіз пористості, і визначення сорбційних властивостей.

Найважливіше, мабуть, те, що матеріали, про які розповідаю, я створював власноруч. Активований вуглець, що ліг в основу дослідження, виготовлено з вторинної сировини — звичайних абрикосових кісточок, які зазвичай вважають відходами вторинної сировини. Я сам очищував їх, карбонізував за високих температур, обробляв хімічними реагентами й перетворював на порошкоподібний матеріал глибокого чорного кольору з великою пористою поверхнею та оптимальними розмірами пор. У подальшому ці пори заповнював різними електролітами, щоб поліпшити провідні й електричні властивості одержаних матеріалів.

Із цих матеріалів я виготовляв електроди та створював так звані комірки — зразки суперконденсаторів діаметром приблизно як монета 50 копійок. На цьому етапі я оцінював, чи мають одержані матеріали реальний практичний сенс і чи можуть бути використані в майбутньому у промисловому виробництві. Адже сучасна електроніка вимагає, щоб матеріали відповідали рівню міжнародних розробок — передусім азійських, які розвиваються дуже швидко. Тому я намагався досягти високих показників питомої ємності, ефективності сорбції барвників та інших характеристик, а синтезований пористий вуглецевий матеріал міг бути конкурентоспроможним на світовому рівні.

— Чому ця тема є актуальною сьогодні?

— Останніми роками я прочитав дуже багато публікацій, у яких наголошено, що ми дедалі частіше стикаємося з нестачею викопного палива та обмеженістю традиційних джерел добування електричної енергії. Тому у XXI столітті науковці особливу увагу зосередили на пошуку альтернативних рішень. Маю на увазі найпростіші та найдоступніші матеріали — те, що у звичайному житті опиняється серед відходів і не привертає уваги. Проте саме такі «непомітні» ресурси можуть стати основою для сучасних вуглецевих матеріалів.

Не варто зациклюватися лише на абрикосових кісточках. Потенційних рослинних прекурсорів дуже багато: кісточки слив, вишень, шкаралупа кокоса (якщо вона доступна в конкретному регіоні), кукурудзяні качани, кавова гуща тощо. Усі ці види вторинної сировини можуть бути перетворені на вуглецеві матеріали. Тобто те, що зазвичай потрапляє на сміття, можна перетворити на ефективний електродний матеріал, який здатний акумулювати електричну енергію.

Я вважаю це надзвичайно актуальним, тому що такі матеріали є екологічними, доступними й порівняно простими у виготовленні за умови налагодженого процесу синтезу. А якщо наукові результати продемонструють, що одержані матеріали не поступаються світовим аналогам (що я й намагався довести своєю роботою), то ці вуглецеві матеріали, за правильної фінансової підтримки, можуть мати право на промислове застосування. Маю надію, що ці дослідження стануть основою для подальших розробок у сфері сучасних енергоефективних технологій.

— Як ваші матеріали можна застосовувати у промисловості?

— Наведу вам такий приклад застосування активованих вуглеців як сорбентів. Будь-яке підприємство текстильної промисловості в нашій країні має «шкідливу» звичку: їхнє виробництво супроводжується значними викидами вторинних продуктів в атмосферу, забрудненням озер та річок, стічних вод і довкілля загалом. Я спробував застосувати ці вуглецеві матеріали для очищення води від різноманітних барвників. Таке рішення безперечно дало б змогу знизити рівень забруднення та оцінити ефективність видалення цих шкідливих речовин. Адже одержані наукові результати показали, що адсорбційна здатність активованого вуглецю у видаленні метиленового блакитного та метил-оранжевого з водних розчинів є досить високою. Думаю, що застосування таких вуглецевих фільтрів на заводах і фабриках під час їх роботи могло б значно поліпшити екологічну картину.

Якщо ж говорити про електричні пристрої та можливість їх промислового виготовлення — так, це реально. Насправді можливо все, якщо є бажання та правильний підхід. Ми бачимо успішні приклади інших країн. Потрібно лише якісно організувати процеси. Наша лабораторна версія — це експеримент, прототип, який ми прагнемо довести до оптимального результату. Але у промислових масштабах виробництво вуглецю та створення електродних матеріалів потребуватиме значно більших обсягів сировини й потужнішого технічного обладнання.

Чи буде відповідна підтримка — хочеться вірити, що так. Зі свого боку я готовий допомагати в наукових дослідженнях і розвитку цієї тематики. А от чи вдасться підняти такі розробки до рівня великих виробництв, залежатиме вже від ширших економічних і організаційних чинників.

— Які труднощі виникали у вашому дослідженні?

— Основні труднощі полягали в тому, що далеко не всі етапи роботи я міг виконати самостійно. Є багато методів дослідження, до яких у нас просто немає доступу — ідеться не лише про мій колишній університет в Івано-Франківську, а й про сучасні можливості тут. Тому мені доводилося звертатися по допомогу до колег, і, на щастя, завжди знаходилися люди, готові підтримати й долучитися до проведення експериментів. Деякі дослідження, як ви вже чули, довелося виконувати за кордоном, а їхні результати опрацьовувати тут.

Ще одна суттєва проблема — забезпечення відповідними матеріалами. Для синтезу вуглецю потрібні додаткові прекурсори: різні реактиви, електроліти та інші витратні матеріали. Часто, особливо під час аспірантури, а подекуди й тепер, мені просто бракувало потрібних компонентів, і доводилося самостійно їх докуповувати, щоб не зупиняти роботу. Як я вже зазначав, будь-який науковий напрям може розвиватися й виходити на промисловий рівень лише тоді, коли є системна підтримка. Одна людина не може реалізувати повний комплекс сучасних досліджень. Потрібна фундаментальна наукова база, команда досвідчених та ерудованих науковців, а також організація або фонд, який би фінансово підтримував і стимулював таку наукову діяльність. У моїх останніх дослідженнях я не міг зазначити фінансування у межах певного гранту чи за підтримки фундації — бо на той момент її просто не було. Усі супутні витрати я покривав власним коштом. Хочу зауважити, що саме відсутність фінансової підтримки науки вже багато років є однією з причин відтоку умів з нашої країни.

— Чи плануєте продовжувати ці дослідження?

— І сьогодні, і завтра працюватиму у своїй науковій сфері. Є певні напрацювання та результати, нещодавно опубліковані у високорейтингових наукових журналах, які не були висвітлені у премійованій роботі. Проте, оцінивши масштаб виконаних наукових досліджень, я дійшов висновку, що кожен напрям роботи, як те викопне паливо, має властивість «виснаження» ідей, тому зараз я у пошуках нових наукових ідей. Саме цього я прагну досягти в роботі: реалізувати свої задуми та перетворити їх на практичні рішення, що зацікавлять українську та світову наукову спільноту.