Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе и построение наноиндустрии в России Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе и построение наноиндустрии в России

А. С.Удовиченко,

к. э. н., зам. директора Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук по инновациям и экономическому развитию

В статье рассматривается современное состояние развития наноиндустрии в мире и возможности ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН содействовать развитию данной отрасли, предположительно являющейся ядром формирующегося Шестого технологического уклада, в России. Охарактеризована в целом деятельность последних лет и место исследовательского института в процессе формирования экономики знаний. Описаны некоторые проблемные точки участия российского НИИ в инновационном процессе. Описан крупнейший действующий проект Института в области наноиндустрии.

Что такое наноиндустрия?

Развитие нанотехнологий было стимулировано разработкой полупроводниковых наноструктур, выращиваемых методами молекулярно-пучковой и металлоорганической эпитаксии, и созданием на их основе принципиально новых приборов и устройств электроники и оптоэлектроники, широко используемых сейчас в системах хранения, передачи и обработки информации, а также генной и белковой инженерии, материаловедении (поверхностное упрочение, сверхпластичность металлов, фуллерены, катализаторы, мембраны).

Нанотехнологические разработки требуют междисциплинарного характера исследований, широкого взаимопроникновения идей и разработок, интеграции материалов, методов и процессов. Происходит конвергенция неорганических, органических и биологических объектов, что позволяет создавать принципиально новые материалы, микромеханизмы, биокомпьютеры, интеллектуальные материалы, новые типы медицинских технологий.

По оценкам экспертов, предполагаемый мировой рынок нанотехнологий возрастет до $1-2 трлн к 2015 году. При этом рост объема использования нанотехнологий будет происходить в три этапа:

На современном этапе (2008 год) доминирует производство высокотехнологичных продуктов в основном для оптоэлектроники, машиностроения, легкой промышленности, косметической и фармацевтической промышленности.

The summary of clause: In clause is considered the modern condition of development nanotechnology all over the world and the opportunity of Ioffe Institute of the Russian Academy of Science to promote development of this branch, which is supposedly the core of the emerging technological Sixth way, in Russia. Activity of last years and a place of research institute during formation of economy ofknowledge are characterized as a whole. Some problem points of participation of the Russian scientific research institute in innovative process are described. Is described the largest current project in the field of nanotechnology of Institute.

На втором этапе (до 2010 года) будет преобладать применение нанотехнологий в микропроцессорной технике, в производстве нано(био)сенсоров и нано(-био)датчиков, а также в электронике и оптоэлектронике, в том числе для запоминающих устройств.

На третьем этапе (после 2010 года) нанотехнологии станут широко использоваться в производстве широкой номенклатуры товаров, особенно в практическом здравоохранении.

По мнению некоторых военных экспертов, нанотехнологии могут изменить характер современных боевых действий в большей степени, чем в свое время изменило изобретение пороха. Это коснется вооружения, средств связи, экипировки военнослужащих, военно-полевой медицины и прочее.

Через 1-2 года начнется активный раздел мирового рынка в сфере наноиндустрии1, завершение этого процесса прогнозируется к 2015 году.

1 Под наноиндустрией понимается применение нанотехнологий обработки, изготовления и изменения состояния и свойств веществ на атомно-молекулярном уровне, или, иначе говоря, в диапазоне линейных размерностей, измеряемом нанометрами (10-7-10-9 м). Соответственно, под отраслью наноиндустрии понимается совокупность организаций и производств, характеризующихся общностью применяемых (создаваемых) нанотехнологий и производимой продукции, а под продукцией наноиндустрии — группы товаров (услуг), конкурентоспособность которых на внутреннем и внешних рынках обеспечивается, прежде всего, за счет применения при их создании (и/или при производстве их критических подсистем, элементов, деталей и компонентов) нанотехнологий и наноматериалов.

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008

Как в этом процессе может поучаствовать крупнейший институт РАН?

Основной деятельностью в ФТИ являются фундаментальные исследования и ориентированные НИРы, где роль конечного результата играют научные статьи и отчеты по выполненным НИР, либо иногда техническое задание на проведение ОКР. Инновационным проектами в нашем случае мы считаем работы, направленные на выполнение последующих стадий передачи результатов научной деятельности в производство: ОКР, инжиниринговые работы, освоение малых серий производства и передачи технологий в массовое производство. В деятельность такого рода в Институте, по имеющимся оценкам, перманентно вовлечено порядка 150 научных сотрудников из почти тысячи, несмотря на то, что такого рода деятельность отличается от собственно научной работы и носит иной характер и содержание. Они, разработчики лабораторных технологий, отвечают за получение требуемого физического эффекта в требуемых условиях и являются фактически высококвалифицированными постановщиками задач для разработчиков промышленных технологий (конструкторов, технологов, инженеров).

Можно выделить следующие причины для выделения этого вида деятельности в отдельное важное направление экономического развития Института:

1. Институт заинтересован в содействии развитию области отечественной экономики, которая способна играть роль внебюджетного заказчика НИР. Поощрение и стимулирование всех проектов, направленных на передачу результатов нашей научной деятельности в экономику, привязывает реципиентов наших разработок к нашей тематике и делает их потенциальными долгосрочными партнерами.

2. Существует потенциальная возможность привлечь государственное и внебюджетное финансирование в перепрофилирование экономически убыточных территорий Института на площадке в пос. Шувалово, если выделить их под развитие инновационных проектов. Также, существует потенциальная возможность привлечения государственного и внебюджетного финансирования в сами инновационные проекты. Это в любом случае приведет к снятию значительных ежегодных издержек ФТИ на содержание удаленной площадки, без ущерба для осуществления научной деятельности базирующихся там в настоящее время лабораторий.

3. Часть научных сотрудников Института, которым интересна деятельность по получению практических (как производственных, так и коммерческих) результатов от своей научной деятельности, получит улучшение условий для такого рода деятельности за счет создания и развития территориальной, технологической и консалтинговой инфраструктуры (Технопарка ФТИ в пос. Шу-валово).

4. Институт нуждается в создании как кадровой, так и технической базы для проведения ОКР по

его профилю. Это необходимое звено для передачи результатов наших НИР в промышленность, наличие которой повысит спрос на НИР Института и их стоимость. Предполагаемое создание в рамках Технопарка ФТИ в Шувалово Центра коллективного пользования технологическим оборудованием, инжинирингового центра, центра по обучению и развитию кадров и бизнес-инкубатора заложит основы для зарождения необходимой нам базы ОКР по профилю ФТИ. Технопарк и его резиденты должны будут играть роль отраслевого института по нашему профилю, работая в рыночной среде.

5. В Институте присутствуют как уже состоявшиеся, а не потенциальные, по крайней мере несколько направлений, для которых передача их результатов научно-технической деятельности в экономику только в последние 10-15 лет является свершившимся и повторяющимся фактом:

♦ масс-спектрометрия;

♦ сверхчувствительные магнетометры;

♦ выращивание профилированных кристаллов лейкосапфира;

♦ мощные полупроводниковые лазеры;

♦ лазеры на квантовых точках;

♦ альтернативная энергетика: солнечная, водородная, термоэлектическая;

♦ детекторы и сенсоры ИК-диапазона;

♦ трековые мембраны для плазмофореза;

♦ полимерные изоляторы.

Значительное количество нанотехнологий, разработанных в ФТИ, в том числе в сотрудничестве с другими российскими научными центрами, готово для перевода в стадию НИОКР и ОКР при разработке высокотехнологичной и наукоемкой продукции, которая может выполняться на территории шуваловской площадки ФТИ, на которой предполагается создать технопарк.

Освоенные нанотехнологии соответствуют следующим приоритетным направлениям развития науки и технологий Российской Федерации:

• индустрия наносистем и материалы,

• энергетика и энергосбережение,

• информационно-телекоммуникационные системы и электроника.

Современные разработки ФТИ в нанообласти могут быть систематизированы в соответствии с областью их применения:

1. Нанотехнологии для электроники.

1.1. Оптоэлектроника.

1.2. Силовая полупроводниковая электроника и преобразовательная техника.

1.3. Наномеханика.

2. Нанотехнологии для энергетики и альтернативная энергетика.

2.1.Термоэлектричество.

2.2. Солнечная энергетика.

2.3. Водородная энергетика.

3. Нанокомпозитные материалы.

4. Нанотехнологии для биологии и медицины.

5. Новые методики диагностики наноматериалов.

Что реально удавалось делать в ФТИ для развития инновационной экономики в последние годы?

Опыт показывает, что для поддержки инновационной разработки научно-исследовательского института коммерческим партнером необходимо соблюдение, по крайней мере, двух условий:

• предварительного патентования разработки и сохранения на момент контакта с бизнес-партнером конвенционного приоритета;

• наличия демонстрационного образца изделия (материала или прибора).

К моменту выхода на любого коммерческого партнера должны быть выполнены, как минимум, поисковый и прикладной НИРы и проведены соответствующие испытания (материала, прибора) с предоставлением протокола испытаний. В академическом институте, за редким исключением, разработки заканчиваются на стадии успешной поисковой или частично выполненной прикладной НИР.

Наибольшими по объему финансирования от коммерческих структур проектами являются контракты с Национальной инвестиционной компанией «Новые энергетические проекты» (НИК «НЭП»), порядка 100 млн руб. в год. Вторым постоянным партнером из числа коммерческих организаций является «Самсунг Электроникс», с 2003 года размещающий в ФТИ заказы на НИОКР объемом по несколько миллионов рублей в год через созданную на базе Института совместную лабораторию. Среди прочих заказчиков — коммерческих организаций имеются и другие крупные транснациональные корпорации, но их заказы не носят систематического характера.

Общий объем НИОКР за счет коммерческих заказчиков приближается к 300 млн руб. в год (полный бюджет ФТИ в 2007 году составил около 1 млрд руб.).

Такой вид трансфера технологий, как заключение лицензионных соглашений, практически не применяется. Дело в том, что Минфин РФ в лице Федерального Казначейства не включил в Генеральное разрешение РАН на открытие и ведение внебюджетных лицевых счетов в Казначействе такой вид источника финансирования, как «доходы от лицензионных платежей». При этом патентование результатов НИОКР и продажа лицензий является наиболее естественным для академических ученых способом коммерциализации технологий, так как в наименьшей степени вынуждает отказываться от научной работы в будущем. Трансфер технологий вполне осуществим при условии подготовки качественных комплектов конструкторской документации и программных продуктов. Основная проблема — необходимо планировать достаточно длительный, не менее года-двух, период совместной деятельности для адаптации технологий. Как видим, этот способ перекрыт при помощи обслуживающих финансовых институтов бюджетной системы РФ. Поэтому мотивация патентовать полученные результаты минимальна — в ФТИ количество патентов не превышает двух десятков. Патентование чаще всего применяется в случае требования госза-казчика, оговоренного в госконтракте.

Широко распространенным способом коммерциализации технологий стало создание малых предприятий при Институте. В 2003 году Ученый совет ФТИ утвердил правила, согласно которым Институт не препятствует созданию таких предприятий нашими ученым при условии владения Институтом 25% долей в уставном капитале и передачи разработанных в ФТИ результатов НИР в создаваемые МП на основе лицензионного соглашения. Кроме того, МП должны возмещать ФТИ расходы на их обслуживание подразделениями Института. В предшествовавший 2003 году период при ФТИ был создан ряд предприятий, из которых к настоящему времени осталось семь, с другими пропорциями распределения собственности. С 2003 же года было создано 40 МП, из них 39 по программе Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «СТАРТ». Так как идеология данной программы нацелена на реализацию посевного финансирования, в ней предполагается выживание в конечном итоге не более 10% созданных МП. Однако в случае ФТИ сейчас, спустя 5 лет, можно прогнозировать, что данный процент будет существенно выше.

Опыт работы с малыми предприятиями, созданными с целью организации реального производства и проведения НИОКР положителен, поскольку позволяет сконцентрировать усилия и повысить оперативность в решении малых и средних задач. Главная проблема последних лет — риски потери арендных отношений по помещениям и аренды оборудования в связи с невозможностью заключения долгосрочных соглашений. При организации сложных технологий это очень существенно.

В ФТИ в 2005 году был создан Инновационнотехнологический центр «Центр поддержки инноваций», призванный обслуживать коллективы, реализующие инновационные проекты, с точки зрения бухгалтерской и маркетинговой поддержки, с одной стороны, а с другой стороны, контролировать и обеспечивать исполнение вышеупомянутых правил, утвержденных Ученым советом в 2003 году.

Важную роль в коммерциализации технологий играет процесс создания Институтом коллабораций с участием организаций, осуществляющих подготовку промышленного производства для физтеховских разработок. Примером наиболее крупной коллабора-ции является «Региональный центр по нанотехнологиям для биологии и медицины», в котором участвует около двух десятков учреждений РАН, РАМН, организаций Минздравсоцразвития и ФГУПов, и где основную организационную роль играет Институт.

В настоящее время разрабатывается новый проект по созданию инфраструктуры инновационной деятельности — создание Технопарка ФТИ в пределах особой экономической зоны технико-внедренческого типа. На стадии согласования находится Соглашение об участии ФТИ в работе ОЭЗ Санкт-Петербурга, через включение в ее территорию части недвижимости принадлежащей Институту (10,5 га земли, 37000 м2 площадей — речь идет о вышеупомянутой площадке в пос. Шувалово). Там и предполагается создать Технопарк, разместив в нем как часть малых

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008

предприятий при ФТИ, так и ряд прочих малых предприятий, работающих по профилю Института и являющихся потенциальными исполнителями ОКР по тем направлениям, по которым ФТИ выполняет прикладные НИР.

Крупнейший проект Института для наноиндустрии — галнечные батареи на основе гетероструктурных фотопреобразователей и линзовых концентраторов

Солнце является практически неисчерпаемым, экологически чистым источником энергии. Существенным недостатком солнечной энергии является малая плотность светового потока, приходящего на земную поверхность. Поэтому стоимость электричества, получаемого солнечными батареями существенно выше стоимости электроэнергии, получаемой традиционными методами.

Перспективным путем решения этой проблемы является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения гетероструктур-ными солнечными элементами, которые впервые в мире разработаны в ФТИ им. А. Ф. Иоффе в 1969 году и установлены на ряде космических аппаратов, в том числе на космической станции «Мир». Разработанные в ФТИ в последние годы каскадные солнечные элементы обеспечивают увеличение КПД преобразования концентрированного солнечного излучения в наземных условиях до более чем 33% при 1000 «солнцах» при возможности снижения стоимости солнечной электроэнергии в 2 раза по сравнению с кремниевыми солнечными батареями (рис. 1). Это достигается за счет уменьшения площади гетероструктурных солнечных элементов в 1000 раз пропорционально крат-

ности концентрирования солнечного излучения, которое осуществляется с помощью дешевых панелей из линз Френеля.

Гетероструктурное направление в солнечной энергетике долгое время считалось делом отдаленного будущего, более соответствующем сегодняшнему дню являлась кремниевая солнечная энергетика. Но, по-видимому, будущее наступает уже сегодня. В настоящий момент традиционная кремниевая солнечная энергетика испытывает затруднения в своем развитии в связи со скачкообразным (семикратным — с 30 до 200 долларов) увеличением стоимости кремния. Казалось бы — что может быть доступней кремния — по сути, просто песка? Но дело в необходимых для промышленности количествах. Сейчас в мире производится 4 ГВт электроэнергии с помощью наземных солнечных батарей. Для их производства потребовалось 40 тыс. т кремния. Это и вызвало семикратный рост стоимости в самый последний период — «песка» не хватает! И, по имеющимся прогнозам, несмотря на увеличение его производства не будет хватать весь XXI век — рост потребности в солнечной энергии все время будет опережать развитие этих производств... До ценового скачка гетероструктурные солнечные батареи были неэффективны — они производятся на основе редкоземельных металлов (германий), требуют систем слежения за солнцем при его перемещении по небосводу (чего не нужно в кремниевых установках). Но скачок спроса на кремний перебил все эти факторы и сделал данную разработку основой для нового бизнеса, который в конце текущего столетия должен удовлетворять более половины всех потребностей человечества в электроэнергии.

В ФТИ разработаны прототипы энергоустановок на мощности 1-5 кВт. Данные разработки создают

Рис. 1. Нано-гетероструктурный каскадный солнечный фотопреобразователь, обеспечивающий КПД>35% при концентрировании солнечного излучения до 1000 «солнц»

Концентраторные солнечные батареи (4 модуля, площадью 0,5 х0,5 м каждый) на основе гетероструктурных фотопреобразователей и линзовых концентраторных панелей

базу для организации высокорентабельного промышленного производства энергоустановок объемом до 50 МВт/год при годовой стоимости данной продукции на мировом рынке более 5000 млн руб. в год.

Разработана также интегрированная солнечно-ветровая энергоустановка, перспективная для экологически чистого энергоснабжения автономных потребителей, лишенных централизованного энергоснабжения.

I

Концентраторная фотоэнергоустановка на основе каскадных фотоэлементов и линз Френеля (ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН)

В настоящий момент на стадии согласования с вновь созданными в России институтами развития экономики (Роснанотех, Банк Развития) находится бизнес-план создания завода в Санкт-Петербурге по производству солнечных фотоэлектрических энергоустановок на базе разработок ФТИ. Проект поддержан в декабре 2007 года военно-промышленной комиссией при Правительстве РФ.

ТАЛОН ПОДПИСКИ ЖУРНАЛА

«ИННОВАЦИИ»

Подписка в редакции — это получение журнала сразу после тиража. Подписка на 2008 год (12 номеров) 7200 руб. 00 коп. (Семь тысяч двести рублей), в том числе НДС — 654 руб. 55 коп.

Название организации _ Фамилия, имя, отчество .

Должность_________________________

Почтовый адрес (адрес доставки).

Просим высылать нам журнал «Инновации» в количестве

Нами уплачена сумма __________________________________

Платежное поручение _____________ от _________________

.экземпляров.

200

Банковские реквизиты редакции:

ОАО «ТРАНСФЕР», ИНН 7813002328, КПП 781301001 р/с 40702810727000001308 в Приморском филиале ОАО «Банк Санкт-Петербург», г. Санкт-Петербург»,

к/с 30101810900000000790, БИК 044030790 ' '

Дата заполнения талона подписки.

Подпись.

Подписка на год, а также полугодие оформляется с любого месяца.

Заполненный талон подписки мы принимаем по факсу: (812) 234-09-18 Контактное лицо: А. Б. Каминская..

По каталогу «Агентство “РОСПЕЧАТЬ”» ГАЗЕТЫ. ЖУРНАЛЫ-2007 (Москва) подписка принимается на общих основаниях.

Подписной индекс: 38498.

«ИННОВАЦИИ»

ТАЛОН ПОДПИСКИ ЖУРНАЛА

ИННОВАЦИИ № 6 (116), 2008