Нанопровод для Гулливера

Опубликовано 10.10.2012
Ольга Редичкина   |   просмотров - 2104,   комментариев - 0
Нанопровод для Гулливера

Российские специалисты изготавливают суперпровода, аналогов которых нет в мире. Для того чтобы их успешно продавать, они создают новый рынок.

ООО «НПП «НАНОЭЛЕКТРО» — проектная компания РОСНАНО и ОАО «ВНИИНМ им. А.А. Бочвара» (входит в состав ТК «ТВЭЛ») запустила новый проект - производство наноструктурных проводников, которые совмещают в себе высокую проводимость (как у меди) и прочность стали. Общий объем инвестиций составит чуть более миллиарда рублей, включая софинансирование РОСНАНО в размере 450 млн. рублей и ОАО «ТВЭЛ» в размере 570 млн. рублей. К 2014 году, когда производство выйдет на пректную мощность, «НАНОЭЛЕКТРО» будет выпускать до 50 тонн суперпроводов в год. По словам старшего вице-президента ОАО «ТВЭЛ» Владимира Рождественского, годовой объем выручки от реализации должен составить около 885 млн. рублей. Второй этап начнется, когда начнет работать крупномасштабное коммерческое производство. Как только это произойдет, ОАО «РОСНАНО» планирует выйти из проекта через продажу своей доли. Но чтобы можно было говорить о коммерческом успехе, необходимо, чтобы был сформирован сам рынок наноструктурных высокопрочных проводников.

Для ученых и железнодорожников

Основные конкурентные преимущества продукции НПП«НАНОЭЛЕКТРО» — это уникальное сочетание высокой прочности и электропроводности. Механическая прочность проводников находится на уровне стали (1200-1500 МПа) при электропроводности на уровне 65-75% от электропроводности высокочистой отожженной меди. Такие свойства достигаются благодаря разработанной специалистами кампании технологии последовательной сборки биметаллических составных заготовок с их последующим деформированием. Она позволяет внедрять в медную матрицу обычного провода ленточные ниобиевые волокна толщиной 6–10 нанометров (толщина Nb-волокон <15 нм, расстояние между Nb-волокнами <60 нм). В композиционном проводе сечением 2х3 мм присутствует до 400 миллионов таких волокон, и именно они обеспечивают ему высокую механическую прочность. Малое же расстояние между волокнами, сопоставимое со средней длиной пробега электронов в медной матрице, позволяет достигать электропроводности на уровне 40–80% от величины электропроводности чистой меди.

Особая структура провода дает возможность изготовить длинномерные провода Cu-Nb с площадью поперечного сечения от 0,01 до 125 мм2. При этом количество гибов с перегибами (на180о) на порядок выше аналогичного показателя для проволоки из чистой меди.

Очень важное свойство новых проводов— рекордно высокие свойства по малоцикловой усталости. Провода с сечением 3,0х5,8мм выдерживают без разрушения более 1000 циклов нагружения при напряжении близком к 1400 МПа при температуре жидкого азота и более 10000 циклов нагружения — при напряжении 900 МПа при комнатной температуре).

«Наши провода — продукция специального назначения. Это не замена бытовым электрокабелям, слишком дорого. Да и не нужны шнуру от утюга или настольной лампы такие свойства, это не научная фантастика», - говорит коммерческий директор предприятия Александр Градобоев. Действительно, среди основных применений продукции — магнитоимпульсная сварка разнородных материалов в машиностроении, особенно в автомобильной и авиационной отраслях. Провода уже использовались в устройствах для магнитоимпульсного метода штамповки серийных деталей сложной формы.

Использование наноструктурных высокопрочных проводов в робототехнике позволяет повысить надежность устройств передачи электроэнергии к исполнительным механизмам узлов промышленных роботов (для сварки или сборки), а в авиационной и космической технике — значительно увеличить надежность авионики при уменьшении массы соединительных проводов и кабелей.

Технологии проектной компании позволяют получать провода крупного сечения длиной до нескольких километров. При этом их прочность в два раза выше, чем у существующих аналогов из традиционных электротехнических сплавов. Область использования таких проводов - железнодорожный транспорт. Эта отрасль предъявляет особые требования к прочности, долговечности и безопасности. К тому же нанопровода обеспечивают качественно новые уровни износостойкости, коррозионной устойчивости, особенно в странах с сильными холодами и обледенениями в зимнее время.

В микроэлектронике использование наноструктурных высокопрочных проводов сверхмалого сечения (вплоть до 20 мкм в диаметре и прочностью в 3-4 раза выше медных особо тонких проводов) позволят повысить технологичность изготовления и надежность эксплуатации изделий. Наноструктурные проводники также требуются для создания электронных и электротехнических устройств, работающих в предельно тяжелых условиях аэрокосмической отрасли и атомной энергетике.

Наконец, реализация инновационного метода резонансной передачи электроэнергии без таких проводов просто невозможна. В науке они тоже нашли свое место - это создание импульсных магнитных систем с индукцией 70-100 Тл. «Тестовые испытания импульсных магнитов из нанокомпозиционных Cu/Cu-Nb проводов в Лос-Аламосской Национальной Лаборатории в марте 2012 года установили мировой рекорд, достигнув уровень индукции магнитного поля ~ 100 Тл (что в 20 раз превышает магнитное поле Земли) без разрушения, - говорит Александр Градобоев. - Американские коллеги опускают в релизах, что провода сделаны у нас, на российском предприятии».

Вне конкуренции

Никто не спорит, продукция «НАНОЭЛЕКТРО» не может не вызывать восхищения: это наукоемкий высокотехнологичный продукт, который, по идее, должен быть востребован производством. В пресс-релизах компании декларируется намерение занять до 15% мирового рынка высокопрочных проводов. В России же, согласно прогнозам аналитиков компании, рынок суперпроводов к 2015 году может превысить $33 млн. (58,3 тонн в натуральном выражении), что составит почти 5% мирового рынка. По словам генерального директора ООО «НПП «НАНОЭЛЕКТРО» Владимира Судьева, основными драйверами роста являются повышение требований к надежности ответственных технических систем, развитие новых направлений медицины, энергетики, электроники и машиностроения, а так же активное развитие работ по исследованию магнитных полей высокой индукции.

«Анализ рынка потребления наноструктурных проводов по атомной отрасли будет конфиденциальным в силу особенностей отрасли, - говорит Судьев. - Предполагается, что возможный интерес к проводникам из нашего проекта может быть проявлен у производителей асинхронных электродвигателей для газовых центрифуг, а также у создателей управляющей электроаппаратуры для работы в активных зонах реакторов».

Но большая часть проводников имеет двоякое применение: они могут может быть использованы для поставок производителям энергетических кабелей и кабельным заводам, а применение и продажи их продукции возможны также и для предприятий атомной отрасли, в частности для аппаратуры и линий генерирующих мощностей АЭС.

Однако, по словам генерального директора ООО «НПП «НАНОЭЛЕКТРО», сравнение с чем либо уже известным при разговоре о продукции компании выглядит не вполне корректно. «Изготавливаемый нами продукт — из другой, новой реальности шестого технологического уклада, который сейчас только формируется, и лишь через 5-7 лет станет восприниматься как нечто привычное и естественное», - считает он. - В настоящее время на рынке отсутствуют прямые аналоги, а разработки потенциальных конкурентов значительно уступают продукции проекта».

Оказывается, прямые зарубежные аналоги российских проводов были разработаны в США и Японии боле 5-7лет назад. Они имели такие же высокие значения прочности и электропроводности. Однако был и существенный недостаток: они были хрупкими как стекло, из них невозможно наматывать кабельные изделия, делать кабельные скрутки или даже просто намотать на обычную катушку.

Очень большой интерес к суперпроводникам проявляют в Китае. Китайские специалисты проводят исследования в области технологии изготовления аналогичных материалов, но пока это только исследования, а не разработанная технология. Результаты испытаний свойств экспериментальных образцов, которые публикуют китайские специалисты, находятся на уровне российских разработок пятнадцати-семнадцатилетней давности.

При этом лаборатория, которая занимается аналогичными исследованиями в Китае, имеет численность в 350 человек и стабильное государственное финансирование своих исследований. А во ВНИИНМ, весь комплекс работ проводился, начиная с 1993 года, научной группой из 7-9 человек (в разные годы) при микроскопическом финансирование от ЗАРУБЕЖНЫХ научных грантов. Конечно, без колоссального практического опыта разработки, создания и производства сложнейших композиционных сверхпроводящих материалов для магнитных систем термоядерных реакторов типа ТОКАМАК и ИТЭР успех был бы невозможен. «Этого нет у китайских специалистов и никогда не будет», - заключает генеральный директор ООО «НПП «НАНОЭЛЕКТРО».

«Для нас сейчас наилучшая стратегия – не пытаться конкурировать с традиционными электротехническими материалами, ибо в 98% случаев это просто бессмысленно, мы проиграем по цене», - считает Судьев. - Необходимо формировать и развивать рынок продукции проекта, предлагая разработчикам электротехнических изделий наш материал для создания устройств ранее невозможных в нашей реальности при использовании традиционных материалов».

Именно в тесном контакте с производителями устройств компания создает рынок сбыта для своих наноструктурных проводников. «Раньше никто и мыслить не мог, что можно создавать импульсные магниты с индукцией более 60 Тл. Это считалось невозможным, подтверждалось четкими физическими расчетами и они просто не изготавливались», - говорит Александр Градобоев. - После того как мы предложили наноструктурный проводник, производители импульсных магнитов из США и Германии конкурируют между собой, устанавливая мировые рекорды по индукции магнитного поля в диапазоне 98-100 Тл. Все их магнитные системы изготавливаются из наших наноструктурных проводников и цена этих высокотехнологичных материалов для них не является аномальной».

В настоящее время за рубежом аналогичные материалы не производятся. Компании, изготавливающие высокотехнологичные кабельные изделия в США, Германии, Бельгии, Польше, Нидерландах и Швейцарии используют высокопрочные, высокоэлектропроводные провода, ранее изготавливаемые в ВНИИНМ, а теперь их производством и поставками будет заниматься «НАНОЭЛЕКТРО» совместно с ОАО «ЧМЗ» и ОАО «ВНИИКП» (Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности).

Именно на ЧМЗ была внедрена в 2005-06 гг. разработанная ВНИИНН им. Бочвара технология низкотемпературных сверхпроводников. Это вклад России в международный проект ITER (ИТЭР) — проект международного экспериментального термоядерного реактора в Кадараше (фр. Cadarache) на юге Франции, в 60 км от Марселя. Сейчас на ЧМЗ выпускается 200 т сверхпроводника. Строительство реактора близится завершению, и на ЧМЗ высвобождаются производственные мощности, которые могут быть задействованы к 2015 году.

Официальным дистрибьютором продукции на зарубежных рынках стала немецкая компания ALPHYSICA GmbH, сотрудничество с которой началось в рамках проекта ITER. На восточном направлении (Китай, Тайвань) партнером будет компания «Китайские бизнес-технологии» (CBT) с которой уже подписан договор о сотрудничестве.

На этой позитивной ноте и можно было бы завершить статью. Но справедливости ради стоит рассказать о проблемах, которые сопровождают сотрудничество «НАНОЭЛЕКТРО» с ОАО «РЖД».

«Главным препятствием для развития высокоскоростного железнодорожного транспорта являются как раз провода», - пояснил Александр Градобоев. - При скорости выше 250 км/час они просто сгорают». Для нужд РЖД были разработаны контактные провода с высоким натяжением, которые обеспечивают скорость движения свыше 350 км/час.

Они не только увеличивают износостойкость и значительно повышают надежность эксплуатации контактных систем, они увеличивают длину пролета, уменьшая тем самым количество опор сети. Казалось бы, за новый материал железнодорожники должны ухватиться зубами. Ничуть не бывало. Несмотря на то, что проект ВСЖМ-1 (высокоскоростная магистраль между Москвой и Санкт-Петербургом) заявлен (и скорость движения поездов планируется довести до 400 км/час), заказа на провода от ОАО «РЖД» не поступило.

«НАНРОЭЛЕКТРО» извело тонны бумаги, пытаясь получить от «смежников» необходимые стандарты и в конце концов изготовило провода по европейским стандартам. Была отправлена пробная партия, но заказа от ОАО «РЖД» так и не поступило. Видимо, российским железным дорогам не нужны ни прочность, ни надежность, ни экономичность. А между тем, многомиллионный контракт может «уплыть» из России в Германию, к Siemens AG. Может быть, так оно и задумано?

Хотелось бы надеяться, что другие потенциальные заказчики в России проявят большую заинтересованность. Однако в силу высокой специфичности продукции, коммерческий успех «НАНОЭЛЕКТРО» на родине будет зависеть от того, как пойдет модернизация промышленности и состоится ли она вовсе. Иначе мощности предприятия будут обслуживать нужды Китая, США и Европы.


Комментарии:

Пока комментариев нет. Станьте первым!