CC BY
10ВОПРОСЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЭК: РЕГИОНЫ И ФЕДЕРАЦИЯ
Иванов С.,
заместитель Председателя Правительства РФ
Одним из мощнейших инструментов интеграции технологического комплекса России в международный рынок высоких технологий, надежного обеспечения конкурентоспособности отечественной наукоемкой продукции может стать наноиндустрия. Ее развитие позволит России восстановить и поддерживать паритет с ведущими государствами в ряде ключевых областей науки и техники, ресурсо- и энергосбережении, в создании экологически адаптированных производств, в здравоохранении и производстве продуктов питания, в повышении качества и уровня жизни населения, а также обеспечит необходимый уровень обороноспособности и безопасности государства. Подробнее остановлюсь на разработках, коммерциализация которых возможна в краткосрочной перспективе в наукоемких отраслях экономики.
Самое большое влияние на темпы научно-технологического развития общества, безусловно, имеет широкое внедрение наноматериалов и нанотехнологий в электронику и информационные технологии.
Технология изготовления долговременной памяти, использующая принципы нанопринтинга, магнитная память гигабитной емкости, прогресс в которой обус-
ловлен использованием магнитных нанопорошков и нанокластеров, и, наконец, переход микроэлектроники на нанометровый конструктивно-технологический уровень (сейчас - 90 нм, а в ближайшие годы - 65 и 35 нм), коренным образом изменят информационную картину современного мира.
В ближайшее время перспективным представляется промышленное освоение и коммерциализация следующих разработок;
□ сверхвысоковакуумный нанотехнологический комплекс на базе отечественного оборудования для исследования наноматериалов и инжиниринга наноструктур
- разработка ЗАО «Нанотехнологии-МДТ»;
□ сверхмощные полупроводниковые лазерные матрицы
- разработка ЗАО «Полупроводниковые приборы»;
□ технология и оборудование для производства подложек нитрида галлия, использующихся при изготовлении мощных высокочастотных полевых транзисторов, лазерных диодов, ярких светодиодов - 000 «Нитрид-ные кристаллы»;
□ технологии нанополировки подложек из оксида алюминия (сапфира) и карбида кремния, удовлетворяющие требованиям получения эпитаксиальных струк-
ВОПРОСЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЭК: РЕГИОНЫ И ФЕДЕРАЦИЯ
тур, используемых для производства мощных свето-диодов и транзисторов - Институт кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН;
□ интегральные схемы нанометрового масштаба на основе функционально-интегрированных резонансно-туннельных диодов и полевых гетероструктурных транзисторов - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН;
□ микромеханические датчики состояния жидких и газообразных сред, параметров движения - МГТУ им. Н.Э. Баумана;
□ интегральные преобразователи давления, тензопреоб-разователи - НИК Технологический центр МИЭТ;
□ технологии и оборудование для молекулярно-пучко-вой эпитаксии материалов типа 81-Ое и АЗВЗ - ЗАО «Научное и технологическое оборудование». Развитие нанотехнологий и разработка новых на-
ноструктурированных материалов с уникальными эксплуатационными характеристиками повысит эффективность существующего энергетического оборудования. Будет развиваться солнечная энергетика - в результате увеличения в несколько раз эффективности солнечных батарей на основе процессов накопления и энергопереноса в неорганических и органических материалах С нанослоевой и кластерно-фрактальной структурой. И ядерная - за счет применения наноматериалов в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов; наноробототехники для управления качеством сборки и эксплуатации ядерных систем; обеспечения охраны окружающей среды при хранении и переработке отработавшего ядерного топлива и мониторинга всех технологических процедур с помощью нанодатчиков; использования нанофильтров для разделения сред в производстве и переработке ядерного топлива и т.п.
Экономия электроэнергии и затрат на эксплуатацию линий электропередачи будет идти за счет широкомасштабного внедрения высокоэффективных источников света на основе полупроводниковых гетероструктур и огнезащитных покрытий нового поколения для силовых кабелей.
Готовы к промышленному освоению и коммерциализации следующие разработки:
□ портативные источники тока на базетопливных элементов со временем непрерывной работы в 2,5-3 раза большим, чем у традиционных литиевых батарей, - Некоммерческая организация «Ассоциация делового сотрудничества в области передовых комплексных технологий «АСПЕКТ»;
□ сверхъяркие светодиоды - высокоэффективные в экономичные источники света на основе полупроводниковых гетероструктур, при использовании которых электропотребление по сравнению с традиционными источниками света снижается в 5-7 раз, затраты на обслуживание - в 4-5 раз, исключается воздействие ультрафиолетового излучения, повышается электробезопасность эксплуатации, исключается загрязнение окружающей среды ртутью и тяжелыми металлами, - ЗАО «СВЕТЛАНА-ОПТОЭЛЕКТРОНИКА»;
□ новое поколение мартенситных жаропрочных сталей для изготовления высокотемпературных и вы-со-конагруженных элементов энергетических блоков турбин теплоэлектростанций со сверхкритическими параметрами пара и технологии их получения - ОАО «НПО ЦНИИТМАШ»;
□ новые полимероматричные, керамоматричные и металломатричные композиционные материалы, обеспечивающие создание изделий, работающих в экстремальных условиях, в том числе подшипников скольжения и торцевых уплотнений из углепластиков для узлов трения насосов, гидротурбин, судовых механизмов, контактных сетей железных дорог, а также комплектующих гибридных и керамических подшипников качения для электродвигателей, автомобилей, самолетов, паровых и газовых турбин - ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»;
□ отечественный сверхпроводящий кабель с высокими энергетическими и эксплуатационными характеристиками и система криообеспечения и криостатирования кабельных линий - Энергетический институт им. Г.М. Кржижановского.
В машиностроении внедрение нанотехнологических разработок при модернизации парка высокоточных и прецизионных станков сможет увеличить ресурс режущих и обрабатывающих инструментов. Создаваемые с использованием нанотехнологий методы измерений и позиционирования обрабатываемой поверхности детали и режущей поверхности инструмента позволяют более качественно обрабатывать детали. Непосредственно в ходе технологического процесса обеспечивается адаптивное управление режущим инструментом и процессом обработки в целом. Такие решения снижают погрешность обработки с 40 мкм до сотен нанометров. Стоимость такого отечественного станка - около 350 тыс. руб., затраты на модернизацию - не более 100 тыс. рублей.
Равные по точности серийные зарубежные станки стоят не менее $500 тыс. Сегодня в модернизации нуждаются не менее 1 млн. активно используемых металлорежущих станков из примерно 2,5 млн.
В двигателестроении и автомобильной промышленности за счет применения наноматериалов, более точной обработки и восстановления поверхностей можно добиться не менее чем четырехкратного увеличения ресурса работы автотранспорта, снижения втрое эксплуатационных затрат, улучшения других технических показателей (уровня шума, вредных выбросов). Сопоставимый эффект может быть достигнут в сельскохозяйственном машиностроении, производстве оборудования для легкой и пищевой промышленности.
Применение нанопрепаратов стероидного ряда, совмещенных с бактериородопсином, дает существенное (в среднем в 1,5-2 раза) увеличение урожайности практически всех продовольственных (картофель, зерновые, овощные, плодово-ягодные) и технических (хлопок, лен) культур, повышение их устойчивости к неблагоприятным погодным условиям. Опыты на различных видах животных показали, что под воздействием этих препаратов резко повышается сопротивляемость стрессам и инфекциям
ВОПРОСЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЭК: РЕГИОНЫ И ФЕДЕРАЦИЯ
(падеж снижается в два раза относительно контрольных групп животных) и повышается продуктивность по всем показателям в 1,5-3 раза.
В ближайшее время перспективным представляется промышленное освоение и коммерциализация следующих разработок: конструкционные наноматериалы:
□ хладостойкие свариваемые стали с двукратным улучшением свариваемости и возможностью эксплуатации при температурах до - 60°С - ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей»;
□ модифицированный фтороп-ласт-4 с повышенной износостойкостью для изготовления конструкционных изделий широкого ассортимента, применяемых в нефтяной, газовой, химической, автомобильной, авиационной, космической, атомной и других отраслях, и технология его получения - ФГУП «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова»;
защитные покрытия:
□ технология радиационной эмульсионной полимеризации акриловых мономеров в присутствии катионоак-тивных эмульгаторов для получения высокодисперсных акрилатных латексов, которые могут быть использованы в качестве пленкообразователей, пропиточных составов, адгезивов, антикоррозионных покрытии, для придан материалам высокой прочности, атмосферос-тойкости, устойчивости кУФ-излучению, водо-, масло-и термостойкости - ФГУП «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова»;
□ технология нанесения многослойных керамических комбинированных и тонкопленочных покрытий на основе многоуровневых гетерогенных систем с заданной структурой для защиты металлических и композиционных материалов - ФГУ «Всероссийский институт авиационных материалов»;
□ наноразмерные универсальные стабилизаторы и модификаторы свойств для полимерных покрытий, эластомерных композиций, полимерных жидкостей и смазочных композиций с повышенными температурами эксплуатации и технологии их производства - ФГУП «ГНИИХТЭОС»;
сверхтвердые и термостойкие наноструктуриро-ванные материалы:
□ промышленные технологии получения новых градиентных материалов и производства алмазного режущего инструмента с дисперсно-упрочненной наночастицами связкой для стройиндустрии и камне-обработки - Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет);
□ интеркалированный графит для производства гибкой графитовой фольги и уплотнений нового поколения - Научно-производственное объединение ЗАО «УНИ-ХИМТЕК»;
функциональные наноматериалы:
□ электродные и барьерные материалы для металлургических, электрохимических и плазмохимических производств - ЗАО «Институт новых углеродных материалов и технологий»;
□ наноматериалы с увеличенной в 1,5-2 раза эффективностью электромагнитной и комплексной защиты навигационных и приборных комплексов, линий связи, силовых кабелей, биологических объектов, защиты от террористической деятельности - ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей»;
□ функциональные кристаллические и нанострукту-риро-ванные углеродные конструкционные материалы и технологии их производства - ФГУ «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов».
Для повышения эффективности топливно-энергетической отрасли необходимо снизить затраты на производство и повысить качество и глубину переработки нефти и газа, внедряя высокоэффективные катализаторы крекинга, используемые при получении моторного топлива, и нанопористые каталитические мембраны для глубокой переработки легкого углеводородного сырья. Актуально повышение надежности и экологической безопасности трубопроводов за счет использования уплотнений нового поколения.
В ближайшее время может дать хороший эффект применение в топливно-энергетическом комплексе таких инноваций:
□ нанопористые каталитические мембраны для переработки легкого углеводородного сырья, позволяющие осуществить глубокую переработку попутных нефтяных газов, ресурсосберегающая технология,
ВОПРОСЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЭК: РЕГИОНЫ И ФЕДЕРАЦИЯ
□
□
конструкции реакторов с нанопористыми каталитическими мембранами для переработки легкого углеводородного сырья - Ассоциация делового сотрудничества в области передовых комплексных технологий «Аспект»;
сверхвысокомолекулярный полиэтилен, технология производства катализаторов для производства полио-лефинов и технология производства полиолефинов на их основе; микросферические катализаторы крекинга для производства высокооктанового бензина - Институт катализа им. ПК. Борескова СО РАН; антифрикционный и уплотнительный материал фтороп-ласт-4, который по сравнению с исходным материалом обладает в 104 раза более высокой износостойкостью, в 102 раза более низкой ползучестью, в 10 раз более низкой необратимой деформацией и в 102 раза более высокой радиационной стойкостью - ФГУП «Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова».
Нанотехнологии обеспечивают ускорение разработки новых лекарств, создание высокоэффективных наносис-тем доставки лекарственных средств к очагу заболевания и нанодиагностикумов для раннего выявления социально значимых заболеваний (таких как рак, гепатиты, сердечно-сосудистые заболевания, аллергии и др.).
Нанотехнологии позволяют создавать принципиально новые медицинские материалы и оборудование, существенно превосходящие по их специфичности, скорости действия и другим характеристикам существующие аналоги. Появляется возможность проводить нетравматические операции, создавать искусственные органы, принципиально новые слуховые и зрительные аппараты, средства диагностики, системы датчиков, которые будут выявлять на ранних стадиях возникающие заболевания. Все это повысит эффективность лечения и диагностики заболеваний, поднимет хирургию, трансплантологию, восстанавливающую и косметическую медицину на качественно новый уровень. Станет возможным перейти от профилактики и лечения заболеваний к предупреждению и устранению причин их возникновения.
Значительно поможет отечественной медицине внедрение таких разработок:
□ тест-системы на основе биочипов, позволяющие диагностировать возбудители туберкулеза, ВИЧ, гепатитов В и С, различных онкозаболеваний - Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН. лекарственный препарат Фосфоглив, предназначенный для лечения вирусных гепатитов В и С (включен в список жизненно необходимых лекарств) - ГУ НИИ биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича РАМН; биосовместимые металлические и металлокерами-ческие имплантаты - Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет), ГОУ ВПО «Белгородский государственный университет».
Ряд разработок с использованием нанотехнологии и на-номатериалов имеет большую экологическую и социальную значимость. Их можно использовать для предотвращения природных катастроф и предупрежде-
□
□
ния актов биологического и химического терроризма, улучшения условий жизни населения. Это проекты по переработке промышленных и бытовых отходов, по обезвреживанию высокотоксичных и инфицированных отходов производства и потребления (лечебно-профилактических учреждений, предприятий пищевой промышленности и агропромышленного комплекса), по очистке промышленных и бытовых сточных вод и их иловых осадков. В частности, одно из важнейших направлений - разработка оборудования для тонкой очистки жидкостей (включая воду) и газов от вредных примесей.
В этой области сегодня наиболее перспективны:
□ технологии получения фильтровального материала (Aqua Vallis) на основе нановолокон оксидно-гидрок-сидных фаз алюминия для очистки воды от вирусов и бактерий - Институт физики прочности и материаловедения СО РАН;
□ уникальная технология плазмохимического синтеза наноструктурных мембран для очистки жидких сред, включая питьевую воду (разработана и внедрена в производство) - ФГУП «Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского».
Внедрение нанотехнологий станет решающим для повышения производительности систем передачи, обработки и хранения информации, создании новых архитектур высокопроизводительных устройств. В частности, нанотехнологий на основе самоорганизации наноструктур и функциональных процессов в этих структурах приблизят возможности вычислительных систем к свойствам объектов живой природы, обладающих интеллектом. Будет решена задача адаптивного распределенного управления многокомпонентными вычислительными системами. Результатом такого развития информационных технологий станет создание распределенных функциональных систем повышенной надежности, специализированные компоненты которых способны к самообучению и координированным действиям для достижения цели.
